مطالعه مجازی تعیین مهارکننده های جدید آنزیم سورتاز آ در باکتری استافیلوکوکوس اورئوس

محورهای موضوعی : بیوانفورماتیک

حسن صاحب جمعی ^{1 *} , مهرعلی محمودجانلو ²

1 - گروه بیوفیزیک، دانشکده علوم زیستی، واحد ورامین- پیشوا، دانشگاه آزاد اسلامی، ورامین، ایران
2 - گروه زیست شناسی، دانشکده علوم زیستی، واحد گرگان، دانشگاه آزاد اسلامی، گرگان، ایران

تاریخ دریافت : 1402/10/16 تاریخ پذیرش : 1402/12/12 تاریخ انتشار : 1403/10/19

کلید واژه: مهارکننده های سورتازآ, استافیلوکوکوس اورئوس, داکینگ مولکولی, شبیه سازی دینامیک مولکولی,

چکیده مقاله :

مقدمه: مهار آنزیم‌های کلیدی در باکتری‌هایی که فشار تکاملی پایینی اعمال می‌کنند می‌تواند یک استراتژی توسعه دارویی برای مقاومت آنتی‌بیوتیکی باکتریایی باشد. سورتازآ یک ترانس پپتیداز است که به طور گسترده در مطالعات مهاری عفونت باکتریایی مورد استفاده قرار می گیرد. این آنزیم یک عملکرد کلیدی در تعاملات بین استافیلوکوکوس اورئوس و میزبان دارد و به عنوان یک هدف امیدوارکننده برای توسعه دارویی باکتری های مقاوم در نظر گرفته شده است. تا به امروز، برخی از مهارکننده‌های سورتازآ کشف شده‌اند که بیشتر آنها از ترکیبات فلاونوئیدی مانند مایرسیتین مشتق شده‌اند. هدف: از آنجایکه روش‌های محاسباتی برای نظارت بر رفتار مولکول‌های زیستی در سطح میکروسکوپی دقیق‌تر و مقرون به صرفه‌تر هستند، لذا در این تحقیق هدف ما اینست که با استفاده از روش های محاسباتی مولکول هایی مشابه اما با قدرت اتصال و مهاری بالاتر نسبت به مایرستین یافته شود. مواد و روش ها: در این مطالعه، ما از روش‌های محاسباتی مانند غربالگری مجازی مبتنی بر ساختار، اتصال مولکولی و شبیه‌سازی MD بهره جستیم. رویکرد اتصال مولکولی برای درک برهم‌کنش‌های پروتئین- لیگاند و ثابت مهار از نظر میل ترکیبی مورد استفاده قرار گرفت. برای نظارت بر تغییرات ساختاری آنزیم Srt A ، از تکنیک‌ شبیه سازی MD استفاده شد. پس از مطالعات شبیه‌سازی MD، رویکرد MM-PBSA برای تفسیر انرژی اتصال آزاد استفاده شد. نتایج: ابتدا کتابخانه شیمیایی Chemspider را به روش جستجوی مشابه که در آن مایرسیتین به عنوان مولکول مرجع قرار داده شد، غربال گردید. مرحله دوم غربالگری با استفاده از نرم افزار PyRx صورت گرفت بطوریکه 10 ترکیب برتر بر اساس پتانسیل بازدارندگی آنها از مجموعه لیگاندهای حاصل از مرحله قبل به دقت انتخاب شدند. این ترکیبات در معرض Autodock4.2 برای داکینگ مولکولی قرار گرفتند. که در نتیجه آن مشاهده گردید که ترکیب Chemspider ID=73945561 از قدرت مهاری بالاتری نسبت به مایرستین برخوردار است. برای بررسی پایداری و کارایی حالت اتصال لیگاند، Srt A آزاد، کمپلکس‌های آن با مایرستین و بهترین ترکیب منتخب، تحت شبیه‌سازی دینامیک مولکولیns 50 قرار گرفتند. نتایج شبیه‌سازی MD نشان داد که ترکیب 73945561 پروفایل‌ها و برهمکنش اتصال بهتری نسبت به مایرستین به‌عنوان یک بازدارنده مرجع دارد، و رفتار ناپایدار پیوسته در کمپلکس داکینگ مشاهده شد. نتیجه گیری: در مجموع، ترکیب 73945561 ممکن است به عنوان یک بازدارنده جدید عمل کند یا دارای داربستی برای بهینه سازی بیشتر به سمت طراحی مهارکننده های SortA قوی تر باشد. پیشنهاد می گردد که توسعه این مهارکننده می تواند یک استراتژی اساسی برای مهار باکتریهای مقاوم باشد.

چکیده انگلیسی:

Introduction: Inhibition of key enzymes in bacteria that exert low evolutionary pressure can be a drug development strategy for bacterial antibiotic resistance. Sortase A (Srt A) is a transpeptidase that is widely used in site-specific protein modification. This enzyme has a key function in the interactions between Staphylococcus aureus and the host and has been considered a promising target for the drug development of resistant bacteria. To date, some Srt A inhibitors have been discovered most of them are derived from flavonoid compounds, like myricetin. Aim: Since computational methods for monitoring the behavior of biomolecules at the microscopic level are more accurate and cost-effective, therefore, in this research, our goal is to use computational methods to find similar molecules but with higher binding and inhibitory effect than myricetin. Materials and Methods: In this study, we used computational methods such as structure-based virtual screening, molecular docking, MM-PBSA approach, and MD simulation. A molecular docking approach was used to understand protein-ligand interactions and inhibition constants in terms of affinity. MD simulation technique was used to monitor the conformational changes of Srt A enzyme. After the MD simulation studies, the MM-PBSA approach was used to interpret the binding free energy. Results: First, Chemspider's chemical library was screened by the "Similarity search" method, in which myricetin was placed as a reference molecule. The second stage of screening was done using PyRx software, so that the top 10 compounds were carefully selected based on their inhibitory potential from the set of ligands obtained from the previous stage. These compounds were subjected to Autodock4.2 for molecular docking. As a result, it was observed that compound-73945561 has a higher inhibitory effect than myrsteine. To investigate the stability and efficiency of ligand binding mode, free Srt A, its complexes with myrsteine and the best selected compound were subjected to 50s molecular dynamics simulation. MD simulation results showed that compound-73945561 had better binding profiles and interactions than myrsteine as a reference inhibitor, and steadily unstable behavior was observed in the docking complex. Conclusion: Overall, compound-73945561 may serve as a new inhibitor or provide a scaffold for further optimization toward the design of more potent SortA inhibitors. The development of such inhibitors would be an essential strategy against resistant bacteria.