Biologia Estrutural aplicada às enzimas envolvidas na biossíntese de produtos naturais: aplicações biotecnológicas e entendimento molecular de reações enzimáticas pouco usuais

Resumo

Microrganismos presentes no solo são responsáveis pela produção de um grande número de antibióticos devido à alta competividade neste ambiente por espaço e nutrientes. Tais moléculas ainda podem ser utilizadas pelo homem no tratamento de uma série de enfermidades, incluindo doenças infecciosas e câncer. Algumas classes de antibióticos, como os aminoglicosídeos, revolucionaram a medicina devido aos benefícios que estes trouxeram para ao tratamento de doenças. Porém, a maneira com que os microrganismos produzem esses compostos tem-se tornado um importante ramo da química biológica, tanto pelo potencial biotecnológico que as enzimas relacionadas apresentam, quanto pelos mecanismos catalíticos e estruturas pouco usuais. Nosso grupo de pesquisa tem procurado compreender a biossíntese de algumas dessas moléculas, que incluem os aminoglicosídeos e os ionóforos poliéteres. Neste projeto, pretendemos aprofundar nossos estudos estruturais na biossíntese de duas classes de aminoglicosídeos, que incluem as gentamicinas e a butirosina. Além disso, pretendemos entender estruturalmente enzimas relacionadas com o fechamento de anéis em dois antibióticos ionóforos poliéteres, a tetronasina e tetronomicina. Para a biossíntese de gentamicina, uma série de enzimas dependentes de PLP (GenB1-GenB4) estão envolvidas na produção das gentamicinas do complexo C. Porém, embora essas enzimas apresentem similaridade sequencial, elas realizam reações únicas e atuam como aminotransferases, epimerases e dehidratases. Temos como um dos objetivos deste projeto, determinar as estruturas dessas enzimas, entender os mecanismos estruturais de catálise e também as especificidades por substratos. Por outro lado, a butirosina é um aminoglicosídeo que apresenta um grupo (S)-4-amino-2-hidroxibutirato (AHBA) ligado a um dos seus aminoaçúcares. Este grupo torna a butirosina menos suscetíveis aos mecanismos enzimáticos de resistência. Desta maneira, pretendemos entender estruturalmente duas enzimas que apresentam sequências pouco conservadas, sendo uma relacionada com a biossíntese da porção AHBA e outra relacionado a ligação da porção AHBA à ribostamicina, gerando a butirosina. Com isso, temos como objetivo ganhar insights estruturais que possam levar a aplicações biotecnológicas na produção de novos derivados de aminoglicosídeos. E finalmente, o fechamento de dois anéis na tetronasina e tetronomicina parece ser catalisado por uma classe de enzimas denominada de Diels-Alderases e neste projeto, temos ainda como objetivo iniciar os estudos estruturais de Diels-Alderases hipotéticas da biossíntese desses compostos, com o interesse de mapear os seus sítios ativos e entender a interação com análogos de substratos. Assim, esses resultados podem levar à insights sobre seus mecanismos catalíticos. De maneira geral, pretendemos neste projeto, estudar estruturalmente diferentes problemas relacionados com a biossíntese de produtos naturais que possam ser tanto explorados biotecnologicamente na produção de novos derivados de antibióticos, bem como entender peculiaridades da Natureza em relação as suas enzimas. (AU)