Estudo in silico da diversidade entre enzimas responsáveis pela resistência bacteriana a diferentes classes de antimicrobianos com foco principal em beta-lactamases

Abstract

Bactérias podem se tornar resistentes à ação dos antibióticos por diferentes mecanismos, mas a produção de enzimas inativadoras é considerada o mecanismo mais eficiente e capaz de se disseminar com maior facilidade. Dentre essas enzimas, as beta-lactamases se destacam pelo seu impacto clínico, diversidade e distribuição entre espécies e ambientes distintos. As beta-lactamases foram utilizadas como modelo no presente estudo, para a concepção de uma metodologia baseada em similaridade de sequências capaz de identificá-las e classificá-las em níveis hierárquicos. Os critérios classificatórios foram então aplicados a outras atividades enzimáticas relacionadas com a resistência aos antibióticos. Inicialmente, um conjunto curado de beta-lactamases foi utilizado para determinar os thresholds de agrupamento, que em seguida foram validados utilizando um conjunto expressivo e não-redundante de sequências Perfis de Modelos Ocultos de Markov (Hidden Markov Models, HMM) foram construídos para cada classe de beta-lactamase. Estes foram testados e aprimorados a partir de informações de bancos de dados como CATH e UniProt/Swiss-Prot. São descritos aqui cinco níveis classificatórios hierárquicos baseados na estrutura das beta-lactamases. Os perfis HMM apresentados são capazes de identificar as classes (terceiro nível) com alta especificidade. A classe SCD, composta de beta-lactamases bifuncionais, é proposta nesta tese. Todas as subclasses de beta-lactamases foram encontradas em Proteobacteria. A subclasse SD1 e a classe ME foram os grupos de beta-lactamases mais distribuídos entre os diferentes filos analisados. Através da análise dos demais grupos enzimáticos inativadores de antibióticos, concluímos que as beta-lactamases são as mais diversas. Esse trabalho permitiu analisar a diversidade de diferentes atividades enzimáticas relacionadas com a resistência sobre uma perspectiva comum, além de mostrar que a metodologia para uma anotação aprimorada de beta-lactamases conforme apresentada aqui pode contribuir na elaboração de estudos sobre evolução, dispersão e prevalência dessa atividade enzimática crítica.