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Ciência

Pesquisa investiga estrutura de enzima de bactéria causadora da tuberculose

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Resultados sobre a interação com antibióticos podem levar ao desenvolvimento de novas formas de tratamento para esta doença


A tuberculose é uma infecção crônica geralmente causada por uma bactéria chamada Mycobacterium tuberculosis. Esta bactéria infecta células do sistema imune chamadas macrófagos alveolares, que são responsáveis por remover partículas poluentes e microrganismos da superfície dos alvéolos, onde ocorrem as trocas gasosas da respiração.

Estima-se que aproximadamente dois bilhões de pessoas no mundo estão infectadas pela M. tuberculosis sem apresentar sintomas. No entanto, as manifestações clínicas da doença podem aparecer em qualquer momento da vida, especialmente quando o sistema imune estiver enfraquecido, como, por exemplo, devido a desnutrição ou a doenças como câncer e AIDS.

A tuberculose é considerada uma doença curável quando o paciente é diagnosticado e tratado oportunamente com antibióticos. Ainda assim, a cronicidade da infeção torna difícil a erradicação total das bactérias. Geralmente, os pacientes devem tomar comprimidos por vários meses, dificultando sua persistência no tratamento e favorecendo o surgimento de bactérias resistentes aos antibióticos. Nos últimos anos, a aparição de novas bactérias resistentes aos tratamentos de rotina tem sido motivo de preocupação mundial, e torna imprescindível a busca de novas estratégias terapêuticas contra esta doença.

A parede celular é uma estrutura essencial para a vida da maioria das bactérias. Ela envolve a membrana celular desses microrganismos e é formada por um complexo emaranhado de lipídeos e carboidratos que fornecem principalmente proteção à célula bacteriana. Um conjunto de enzimas chamadas L,D-transpeptidases estão envolvidas na formação desse escudo. Portanto, a inibição dessas enzimas poderia levar à morte das bactérias ou ainda facilitar a ação das células de defesa do nosso corpo.

Elementos de estrutura secundaria de L,D-transpeptidase-3 de Mycobacterium tuberculosis acilada por um fragmento de acetila derivado de faropenem.  Folhas beta em vermelho, hélices α em amarelo e as alças estão representadas em verde.  A figura apresenta no extremo amino (N-ter) o domínio bacteriano similar a imunoglobulina (BIg) e no extremo carboxi o domínio catalítico (CD). A alça B é uma estrutura única desta enzima quando foi comparada com as outras L,D-transpeptidases de M. tuberculosis. Em azul está representado um fragmento de acetila covalentemente unido à cisteína 246 no sitio ativo da enzima. Figura realizada com Pymol.

Um importante grupo de antibióticos são os chamados antibióticos beta-lactâmicos. Este grupo inclui antibióticos como a penicilina e seus derivados. Outra classe incluída neste grupo são os carbapenêmicos, antibióticos capazes de resistir a enzimas bacterianas que inibem a ação das penicilinas.

Alguns estudos têm mostrado que os carbapenêmicos são capazes de inibir as L,D-transpeptidases, muito embora eles não sejam utilizados na terapia contra tuberculose. Assim, o conhecimento dos mecanismos de interação entre as L,D transpeptidases e esses medicamentos pode levar ao aprimoramento dos beta-lactâmicos já existentes ou ao desenvolvimento de novos beta-lactâmicos que possam servir para o tratamento da tuberculose resistente a outros antibióticos.

Em publicação recente no periódico ACS Infectious Diseases [1], Gerardo A. Libreros-Zúñiga e colaboradores da universidade de São Paulo e da Universidade Federal de Minas Gerais determinaram a estrutura da L,D-transpeptidase-3, uma das cinco enzimas desta família presente na Mycobacterium tuberculosis.

A estrutura dessa enzima foi investigada tanto em sua forma proteica isolada (apo) como inativada pelo beta-lactâmico faropenem, além de identificar afinidades para outros nove beta-lactâmicos e propor como esses antibióticos poderiam se ligar à enzima. A pesquisa realizada fornece, assim, informações que podem ser utilizadas no desenvolvimento de novos fármacos que atuem nas L,D-transpeptidases e que possam contribuir para o tratamento da tuberculose.

Segundo os pesquisadores, dentre das diferentes abordagens experimentais utilizadas, a Linha de Luz MX2 de cristalografia de macromoléculas do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) foi uma ferramenta chave para determinar as estruturas enzima da L,D-transpeptidase-3 em alta resolução, além de tornar possível observar a degradação da molécula de faropenem pela enzima.

A pesquisa foi realizada com apoio da FAPESP – Fundação de Apoio à Pesquisa do Estado de São Paulo (Processos 2015/0918808 e 2010/15971-3).

Fonte: [1] Gerardo Andrés Libreros-Zúñiga, Catharina dos Santos Silva, Rafaela Salgado Ferreira, and Marcio Vinicius Bertacine Dias, Structural Basis for the Interaction and Processing of β-Lactam Antibiotics by l,d-Transpeptidase 3 (LdtMt3) from Mycobacterium tuberculosis. ACS Infectious Diseases. DOI: 10.1021/acsinfecdis.8b00244