Raziskave

Kovalentni pristop k boju proti bakterijski rezistenci

Šifra:

N1-0169

Obdobje:

01. januar 2021 - 31. december 2023

Obseg:

0,53 FTE

Vodja:

Stanislav Gobec

Veda:

1.09 Naravoslovje/Farmacija

Opis:

Povečana pogostost odpornosti med človeškimi bakterijskimi patogeni predstavlja resno javno grožnjo pri zdravljenju nalezljivih bolezni. Združeni narodi, Svetovna zdravstvena organizacija in Evropska komisija so nedavno protimikrobno odpornost razglasili za resno globalno grožnjo javnemu zdravju, ki ima velik vpliv na stroške in produktivnost zdravstvenega varstva. Protimikrobna odpornost lahko povzroči > 300 milijonov prezgodnjih smrti in bo do leta 2050 svetovno gospodarstvo stala do 100 trilijonov EUR. Zato je nujno potrebno razvijati nova protibakterijska zdravila z alternativnimi ali popolnoma novimi mehanizmi delovanja, ki zahtevajo nove pristope in raziskovalne platforme za odkrivanje zdravil.
V tem projektu je predviden razvoj zaviralcev trem dobro uveljavljenih protibakterijskih tarč. UDP-N-acetilglukozamin enolpirunil transferaza (MurA) katalizira prvi korak v biosintezi peptidoglikana, bistvenega sestavnega dela bakterijske celične stene tako v gram-pozitivnih kot v gram-negativnih bakterijah. Zadnjo stopnjo biosinteze peptidoglikana, transpeptidacijo, katalizira transpeptidazna domena proteinov, ki vežejo penicilin (PBP). Proteasom iz Mycobacterium tuberculosis (Mtb) je proteazni kompleks, ki izvaja proteolizo in s tem igra ključno vlogo pri homeostazi beljakovin. Inaktivacija proteasoma iz Mtb je povezana z nekaterimi škodljivimi posledicami za bakterijsko virulenco, kot so oslabljeno preživetje v sesalskih gostiteljih in občutljivost na nitrozativni stres. Vsi trije encimi so validirane tarče za odkrivanje protimikrobnih zdravil in so primerni za razvoj kovalentnih zaviralcev, kar dokazujejo klinično uporabljeni fosfomicin, beta-laktami in bortezomib, ki so kovalentni zaviralci MurA, PBP in proteasoma iz Mtb. Poleg tega ti trije encimi predstavljajo odlične modelne encime za proučevanje novih mehanizmov kovalentne inhibicije, saj v svojih aktivnih mestih vsebujejo tri različne nukleofile: cistein (MurA), serin (PBPs) in treonin (Mtb proteasom). Slovenska in Madžarska raziskovalna skupina imata izkušnje z identifikacijo in karakterizacijo proteinskih ligandov, vključno z inhibitorji zgoraj omenjenih encimov, in že imata objavljene skupne rezultate.
Mehanizem kovalentne inhibicije običajno vključuje dva koraka. Najprej se tvori nekovalentni kompleks med inhibitorjem in tarčnim proteinom. V naslednjem koraku se reaktivna skupina inhibitorja kemično veže na ustrezno aminokislino v proteinu. Za učinkovito modeliranje kovalentne inhibicije je potreben ustrezen računalniški opis obeh korakov. Prvi korak se ujema z običajnim tvorjenjem kompleksa ligand-protein in nedavni napredek pri računanju vezavnih prostih energij za serije spojin omogoča modeliranje nekovalentne tvorbe kompleksa. Drugi korak, torej tvorbo kovalentne vezi, pa je potrebno obdelati s kvantno kemičnimi (QM) metodami. Izračuni QM so dokazali, da lahko prispevajo k razumevanju organskih reakcijskih mehanizmov, ki vključujejo katalizo. Uporabljali so jih tudi za izračun reaktivnosti kovalentnih ligandov, običajno za Michaelove adicijske reakcije s tioli.
V pričujočem projektu načrtujemo razvoj kovalentnih zaviralcev proti bakterijskim tarčam s kombinirano uporabo računalniškega načrtovanja, modeliranja tvorbe kovalentne vezi encim-inhibitor, farmacevtske kemije in profiliranja biokemičnih aktivnosti. Naš cilj je najti spojine, ki so primerna izhodišča za razvoj zaviralcev s terapevtskim potencialom. Poleg tega pričakujemo, da bo naše računalniško načrtovanje, ki uporablja kombinacijo najsodobnejših metod za razlago in napovedovanje aktivnosti kovalentnih zaviralcev, omogočilo razvoj izpopolnjenega orodja za odkrivanje kovalentnih učinkovin.

Faze:

https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/project/18854

Bibliografske reference, ki izhajajo neposredno iz izvajanja projekta:

https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/project/18854

Financira:

Raziskovalni projekti so (so)financirani s strani Javne agencije za raziskovalno dejavnost.

Nazaj

Spremenjeno: 04. marec 2021