doctoralThesis
Modelagem computacional, preparação e análise das propriedades do nanosensor estocástico para detecção e identificação de cianotoxinas
Autor
SILVA JÚNIOR, Janilson José da
Institución
Resumen
As microcistinas (MCs) são uma classe de heptapeptídeos cíclicos, com mais de 100 variantes estruturais, produzidas por algumas espécies de cianobactérias presentes em águas superficiais. Algumas técnicas são empregadas na detecção de MCs, porém, há poucos métodos validados para a diferenciação adequada das variantes. Neste trabalho empregou-se um nanoporo da alfatoxina incorporado em bicamada lipídica como ferramenta molecular para detecção e diferenciação das variantes LR, RR e YR. Adicionalmente empregou-se simulação de dinâmica, docagem molecular e cálculo de potencial eletrostático como suporte para esclarecimento do processo de interação MCs-nanoporo. A confecção da bicamada lipídica plana, inserção do nanoporo unitário e os registros de correntes iônicas ocorreram em condições de fixação de voltagem a 25°C. As soluções utilizadas foram KCl ou LiCl 4M, pH 7,5. Demonstrou-se que o nanoporo da alfatoxina discrimina as variantes (LR, RR, e YR) na solução de KCl. O processo de discriminação é baseado na análise dos tempos de permanência de cada variante no interior do nanoporo unitário, bem como, nas amplitudes dos bloqueios na corrente iônica que flui através dele. As variantes (LR, RR e YR) apresentam diferentes distribuições de carga que se correlacionam com os três perfis de amplitude de bloqueio na corrente iônica através do nanoporo. A análise de docagem molecular indica diferentes padrões de interação das variantes de MCs em duas regiões específicas do nanoporo. O volume ocupado por cada variante (LR, RR e YR) na região de constrição do nanoporo correlaciona-se com os três perfis de amplitudes de bloqueio na corrente iônica. Finalmente propomos um modelo, no qual, a capacidade do nanoporo da alfatoxina em diferenciar as variantes de microcistinas ocorre por um mecanismo baseado principalmente em interações eletrostáticas. CAPES Microcystins (MCs) are a class of cyclic heptapeptides with more than 100 structural variants produced by some species of cyanobacteria present in surface waters. Some techniques are employed in the detection of MCs, however, there are few validated methods for proper variant differentiation. In this work, a lipid bilayer incorporated as a molecular tool for the detection and differentiation of the LR, RR and YR variants was used. In addition, dynamics simulation, molecular docking and electrostatic potential calculation were used as a support to clarify the MCs-nanopore interaction process. The preparation of the planar lipid bilayer, insertion of the unitary nanopore and the ion chain currents occurred under conditions of voltage clamp at 25 ° C. The solutions used were KCl or 4M LiCl, pH 7.5. It has been shown that the alphatoxin nanopore discriminates the variants (LR, RR, and YR) in the KCl solution. The discrimination process is based on the analysis of the residence times of each variant within the unitary nanopore as well as on the amplitudes of the blockages in the ionic current flowing through it. The variants (LR, RR and YR) have different charge distributions that correlate with the three profiles of amplitudes of the blockages in the ionic current through the nanopore. Molecular docking analysis indicates different patterns of interaction of MC variants in two specific regions of the nanopore. The volume occupied by each variant (LR, RR and YR) in the nanopore constriction region correlates with the three profiles of amplitudes of the blockages in the ionic current. Finally, we propose a model in which the ability the alphatoxin nanopore to differentiate the microcystins variants occurs by a mechanism based mainly on electrostatic interactions.