A importância da docagem molecular no combate às bactérias multirresistentes

Que a resistência bacteriana é tida como um problema de saúde pública não é mais uma novidade! Bactérias das mais diversas espécies estão adquirindo resistência aos antibióticos mais potentes que existem. Isso interfere significativamente em diversos aspectos da prática clínica, como a diminuição da eficiência terapêutica de substâncias e a redução no controle de doenças infectocontagiosas, colocando em risco profissionais da área da saúde e pacientes. Caracteriza-se por resistência bacteriana os mecanismos desenvolvidos por diferentes espécies que buscam reduzir ou eliminar o efeito de agentes antimicrobianos como os antibióticos. Estes mecanismos podem ser a produção de enzimas que degradam ou alteram a molécula antimicrobiana, eliminando seus efeitos nas células, ou ainda, proteínas capazes de formar uma bomba de efluxo, que seria um transportador de membrana capaz de expulsar os antimicrobianos da célula [1]. Além dos mecanismos de resistência, as bactérias têm adquirido cada vez mais habilidades de colonizarem e proliferarem em seus hospedeiros, por meio de melhora na captação de nutrientes e a utilização destes para a produção de biofilme e fatores de virulência [2]. Atualmente, diversas espécies bacterianas têm ampliado a lista de resistência, o que tem gerado o aumento na preocupação por parte dos sistemas de saúde de como controlar e contornar tal problema. Espécies como Acinetobacter baumanii, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus aureus e Clostridium defficile encabeçam esta lista por possuírem cepas capazes de resistir a antibióticos de segunda linha, ou seja, antibióticos específicos utilizados em infecções graves e que geralmente são mais tóxicos ou apresentam efeitos colaterais mais pronunciados do que os de primeira linha [3] . A infectividade e patogênese dessas bactérias têm sido relacionadas com um grupo de transportadores conhecidos como transportadores do tipo ABC (ATP-Binding Cassete – Conjunto de proteínas ligadoras de ATP) envolvidos principalmente com mecanismos de evasão, resistência ao hospedeiro, fatores de superfície celular e excreção, auxílio na captação de nutrientes, entre outros [4; 5]. Transportadores do tipo ABC utilizam a energia liberada pela hidrólise de adenosina trifosfato (ATP) para translocar diferentes compostos através das membranas celulares. Isso ocorre devido a estrutura complexa destes transportadores (Figura 1) que é formada por duas proteínas ligadoras de nucleotídeos (Nucleotide Binding Domain – NBD), também conhecidas como ATPases e duas proteínas transmembranas (Transmembrane Domain – TMD) que formam um canal de passagem através da membrana celular, também conhecidas como permeases. Os transportadores do tipo importadores, ainda contam com uma proteína a mais: a proteína ligadora de substrato (Substrate Binding Protein – SBP), que é responsável por identificar e se ligar de forma específica a molécula a ser internalizada. Por se encontrar no periplasma (espaço entre a membrana e a parede celular), esta proteína também é popularmente conhecida como periplasmática [6]. Figura 1: Esquema simplificado dos componentes dos transportadores ABC do tipo exportadores e importadores. Fonte: própria autora. O conhecimento detalhado da estrutura e de etapas do transporte pode fazer dos transportadores ABC novos alvos para a terapêutica antimicrobiana [7] e o desenvolvimento de vacinas [8], principalmente porque os transportadores responsáveis pela internalização de nutrientes para as células são exclusivos de bactérias. Dessa maneira, os antimicrobianos desenvolvidos para inibir a captação e transporte de nutrientes a partir da ação de transportadores ABC não influenciarão a atividade dos transportadores exportadores encontrados nos eucariotos. Existem muitos gargalos para o estudo de estruturas e funções de proteínas e um deles é a complexidade da produção destas moléculas em laboratório de forma recombinante e sua manutenção para os ensaios de atividade e inibição. O custo para produzir grande quantidade de uma proteína para testar diferentes inibidores é alto e pode desmotivar muitos pesquisadores. Mas existe um caminho alternativo. As proteínas são formadas por aminoácidos, cuja sequência é determinada pela sequência de nucleotídeos de DNA do indivíduo, assim, as análises destas sequências nos permite saber muito sobre as proteínas, de forma que podemos predizer alguns comportamentos destas moléculas. A forma como as proteínas adquirem sua estrutura é determinada em parte pela sua sequência de aminoácidos, que obedece uma série de leis físicas e químicas para que a molécula fique estável [9]. Hoje já sabemos quais posições os aminoácidos podem adotar ou não em uma estrutura tridimensional protéica e, a partir de então, com o auxílio de algoritmos específicos, podemos determinar computacionalmente a estrutura de uma proteína apenas com a sua sequência linear de aminoácidos. É o que chamamos de análises in silico. E qual a importância disso? Podemos estimar com uma relativa precisão a função de uma proteína a partir da sua estrutura, a partir de simulações de possíveis interações entre esta proteína e diversas moléculas. É possível, por exemplo, criar um modelo tridimensional para testar diversos compostos, a fim identificar aqueles que têm uma maior probabilidade de se ligar aos transportadores ABC de bactérias resistentes, possivelmente podendo causar a sua inibição. Este método é conhecido como docagem molecular. Aqueles compostos que apresentarem os maiores índices de interação serão validados experimentalmente, a fim de determinar sua eficácia como inibidores da proteína alvo. Esta metodologia é interessante pois seleciona quais compostos deverão ser testados experimentalmente, eliminando aqueles que certamente não apresentam características que favorecem a interação, reduzindo assim o número de ensaios que precisarão ser feitos, tempo e recursos. A aplicação da bioinformática para o desenvolvimento de novos tratamentos contra infecções é muito ampla e crescente, dada a importância do tema na saúde pública [10-11]. Entretanto, muitas outras áreas têm usado destas análises computacionais, na busca por novos alvos terapêuticos para diferentes tipos de câncer, doenças genéticas, terapias gênicas e compreensão e monitoramento de epidemias e surtos de doenças infecciosas. Sendo assim, a bioinformática se mostra essencial para a melhoria da saúde humana, aprimoramento da prática clínica e desenvolvimento de novos fármacos.