AVALIAÇÃO DO POTENCIAL ANTIBACTERIANO DO EUCALYPTO SPP. UTILIZANDO MÉTODOS COMPUTACIONAIS

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Produtos Naturais

Autores

Bastos, R.S. (UFMA-CIENATEC) ; Silva, W.S. (UFMA) ; Araujo, J.L. (UFMA-CIENATEC) ; Sousa, M.B. (UFMA) ; Faria, M.B. (UFMA) ; Silva, W.F. (UFMA) ; Ribeiro, F.V.S. (IFPA) ; Silva, S.T.P. (IFPA) ; Barbosa, E.S. (UFPA) ; Rocha, J.A. (UFMA-CIENATEC)

Resumo

A Eucalyptus spp. Possui mais de 700 espécies, sua principal utilização é feita indústria madeireira e indústria de perfumaria, possuindo grande valor econômico. Realizou-se as docagens da Eucalyptol com alvos bacterianos de S. aureus, E. coli, E. Faecalis e S. epidermidis disponíveis no banco de dados Protein Data Bank, através do software AutoDock 1.5.6. O melhor resultado ocorreu com a bactéria de E. faecalis SQUALENE-HOPENE CYCLASE obtendo energia de interação de -5,83 kcal mol-1 e constante de inibição de 52,96µM, proporcionando perspectivas para estudos para obtenção de novos fármacos.

Palavras chaves

Docagem Molecular; Eucalyptol; Bactérias

Introdução

Existem mais de 700 espécies de Eucalyptus spp., sua principal utilização é pela indústria madeireira para produção de celulose, também é utilizada pela indústria de perfumaria, fazendo com que possua grande valor econômico (FIGUEREDO et al., 2013). Destaca-se o uso medicinal através do óleo essencial extraído das folhas e utilizando para diversas doenças respiratórias (OYEDEJI, 1999), estudos também demostram a atividade antimicrobiana e antifúngica dessa planta (CIMANGA, 2002; DELASQUIS, 2002). As plantas possuem uma gama de compostos químicos em seus componentes vegetais, utilizados para o benefício da saúde através do tratamento de diferentes doenças (VEGGI, 2006), por essa razão são de grande importância para medicina na forma de extratos e fitos fármacos (NASCIMENTO, 2000). Ao decorrer do tempo o uso exagerado de medicamentos antibacterianos provocou um grande aumento na resistência das bactérias, dessa forma fazendo-se necessário a busca de novas substancias para combatê-los (SILVEIRA, 1997). O objetivo destes trabalhos consiste na interação in silico de Eucalyptol com nome IUPAC (1s,4s)-1,3,3-trimethyl-2-oxabicyclo[2.2.2]octane, e alvos bacterianos de de Staphylococus aureus, Escherichia coli, Enterococcus Faecalis e Staphylococcus epidermidis disponíveis no banco de dados Protein Data Bank (BERMAN et al., 2000), com os códigos respectivos através da docagem molecular buscando o estudo inibitório.

Material e métodos

A estrutura química do Eucalyptol foi obtida na Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA a U.S. National Library of Medicine (PubChem), desenho molecular foi feito com o programa de interface gráfica GaussView 5, e a otimização molecular feita no programa Gaussian 9w (Gaussian, 2009), O método adotado foi o Density Functional Theory (STRATMANN et al., 1997), com funcional hibrido B3LYP (JAIN; AHUJA; SHARMA, 2004) e conjunto de base 6- 311++g(d,p) (BIAN et al., 2019). Para a S. aureus foram estudas as enzimas, PHOSPHOCARRIER PROTEIN HPR (MAURER et al., 2004), Probable nicotinate-nucleotide adenylyltransferase (HAN et al., 2006) de códigos 1KA5 e 2H29. Para Escherichia coli Type II restriction enzyme EcoRV (HILLER e PERONA, 2006) e COLICIN-E7 (CZENE et al, 2012) de códigos 2GE5 e 3ZFK. As enzimas utilizadas para Staphylococcus epidermides são Shikimate dehydrogenase (HAN et al, 2009) e Mevalonate diphosphate decarboxylase (BARTA et al 2011) de respectivos códigos 3DON e 3QT5. Por último as enzimas de Enterococcus faecalis SQUALENE-HOPENE CYCLASE (WENDT, LENHART e SCHULZ, 1999) e DNA gyrase subunit B (TARI et al, 2013) com códigos respectivamente 2SQC e 4GEE. Realizou-se as docagens através do software AutoDock 1.5.6 (Morris et al., 2009), para o preparo do ligante e da macromolécula, adicionando os hidrogênios, realizando o cálculo parcial de cargas Gasteiger, mesclando os hidrogênios não polares. O grid foi selecionado nas coordenadas x, y e z do sitio ativo, utilizando uma caixa cúbica de 60 x 60 x 60 e um parâmetro metálico AD4. O algoritmo adotado no processo foi o Lamarckian GA. Durante a simulação ocorreu 100 corridas com 150 populações e evals long, por fim analisando as melhores conformações (ROCHA, 2018).

Resultado e discussão

O melhor resultado da interação da molécula de Eucalyptol ocorre com a bactéria de E. faecalis SQUALENE-HOPENE CYCLASE (2SQC), sua energia de interação foi de -5,83 kcal mol-1 possuindo uma constante de inibição de 52,96µM, nenhuma ponte de hidrogênio foi gerada nessa interação, contudo formou-se 9 interações hidrofóbicas. A maior constante de inibição aconteceu na docagem molecular com a Type II restriction enzyme EcoRV (2GE5) com valores de 999,37µM, sua energia de ligação foi de -4,1 kcal mol-1, gerando 6 interações hidrofóbicas e nenhuma ponte de hidrogênio. O alvo da Probable nicotinate-nucleotide adenylyltransferase (2H29) obteve como parâmetros uma energia de ligação de -5,09 kcal mol-1 interagindo com 11 resíduos aminoácidos, e uma constante de inibição de 185,36 µM. A DNA gyrase subunit (4GEE) realizou 7 interações hidrofóbicas, com uma energia de ligação -4,69 kcal mol-1 e constante de inibição de 367,43µM. Foi realizada uma ponte de hidrogênio no resido LYS289 na interação da Mevalonate diphosphate decarboxylase (3qt5) e 7 interações hidrofóbicas, sua inibição obteve valor de 493,08µM e energia de -4,51 kcal mol-1 para S. epidermidis, o outro alvo dessa bactéria, Shikimate dehydrogenase (3don), obteve energia de -4,5 kcal mol-1 e uma constante de inibição de 504,48 µM, com 7 interações hidrofóbicas e nenhuma ponte de hidrogênio. A enzima COLICIN-E7 (3zfk) tem -4,46 kcal mol-1 de energia, onde realizou uma ligação por ponte de hidrogênio no resíduo aminoácido LEU543, e 6 resíduos hidrofóbicos e uma constate de inibição 540,68µM. A PHOSPHOCARRIER PROTEIN HPR (1ka5) obteve em seus parâmetros de docagem uma energia de interação de -3,99 kcal mol-1 e uma constante de inibição de 1,19µM, realizando assim 8 interações hidrofóbica e nenhuma ponte de hidrogênio.

Parâmetros de docagem


A) Representação em 2D das interações, B) Visualização em ribbons, C) superfície de contato

Conclusões

Através dos resultados obtidos no estudo in silico da docagem molecular foi perceptível o potencial que a molécula de Eucalyptol presente em extratos extraídos de plantas de Eucalypto spp. tem de antibacteriano, seus resultados são satisfatórios principalmente para alvos de E. faecalis onde seus parâmetros foram de energia de interação -5,83 kcal mol-1 possuindo uma constante de inibição de 52,96µM, proporcionando perspectivas para estudos in vitro e in vivo dessa molécula para obtenção de novos fármacos.

Agradecimentos

Aos técnicos de química e biologia do laboratório da universidade federal do maranhão campus Grajaú.

Referências

BARTA, Michael L. et al. Crystal structures of Staphylococcus epidermidis mevalonate diphosphate decarboxylase bound to inhibitory analogs reveal new insight into substrate binding and catalysis. Journal of Biological Chemistry, v. 286, n. 27, p. 23900-23910, 2011.

BERMAN, Helen M. et al. Th e protein data bank. Nucleic Acids Res, v. 28, p. 235-242, 2000.

BIAN, Huiting et al. Conformational inversion-topomerization processes of ethylcyclohexane and 1, 2-dimethylcyclohexane: A computational investigation. Tetrahedron, v. 75, n. 4, p. 449-457, 2019.

CIMANGA, Kyle et al. Correlation between chemical composition and antibacterial activity of essential oils of some aromatic medicinal plants growing in the Democratic Republic of Congo. Journal of ethnopharmacology, v. 79, n. 2, p. 213-220, 2002.

DELAQUIS, Pascal J. et al. Antimicrobial activity of individual and mixed fractions of dill, cilantro, coriander and eucalyptus essential oils. International journal of food microbiology, v. 74, n. 1-2, p. 101-109, 2002.

FIGUEIREDO, A. Cristina et al. Óleos essenciais de espécies de Eucalyptus. 2013.

HAN, Cong et al. X‐ray crystallographic and enzymatic analyses of shikimate dehydrogenase from Staphylococcus epidermidis. The FEBS journal, v. 276, n. 4, p. 1125-1139, 2009.

HAN, Seungil et al. Crystal structure of nicotinic acid mononucleotide adenylyltransferase from Staphyloccocus aureus: structural basis for NaAD interaction in functional dimer. Journal of molecular biology, v. 360, n. 4, p. 814-825, 2006.

HILLER, David A.; PERONA, John J. Positively charged C-terminal subdomains of EcoRV endonuclease: contributions to DNA binding, bending, and cleavage. Biochemistry, v. 45, n. 38, p. 11453-11463, 2006.

MAURER, Till et al. High-resolution structure of the histidine-containing phosphocarrier protein (HPr) from Staphylococcus aureus and characterization of its interaction with the bifunctional HPr kinase/phosphorylase. Journal of bacteriology, v. 186, n. 17, p. 5906-5918, 2004.

Morris, G. M., Huey, R., Lindstrom, W., Sanner, M. F., Belew, R. K., Goodsell, D. S. and Olson, A. J. (2009) Autodock4 and AutoDockTools4: automated docking with selective receptor flexiblity. J. Computational Chemistry 2009, 16: 2785-91.

NASCIMENTO, Gislene GF et al. Antibacterial activity of plant extracts and phytochemicals on antibiotic-resistant bacteria. Brazilian journal of microbiology, v. 31, n. 4, p. 247-256, 2000.

OYEDEJI, Adebola O. et al. Antimicrobial activity of the essential oils of five Eucalyptus species growing in Nigeria. Fitoterapia, v. 70, n. 5, p. 526-528, 1999.

ROCHA, Jefferson A. et al. Computational quantum chemistry, molecular docking, and ADMET predictions of imidazole alkaloids of Pilocarpus microphyllus with schistosomicidal properties. PloS one, v. 13, n. 6, p. e0198476, 2018.

SILVEIRA F 1997. Avaliação da atividade antimicrobiana de extratos vegetais. Curitiba, 26p. Monografia (Especialização em Ciências Farmacêuticas - Produtos Naturais), Setor de Ciências da Saúde, Universidade Federal do Paraná.

TARI, Leslie W. et al. Pyrrolopyrimidine inhibitors of DNA gyrase B (GyrB) and topoisomerase IV (ParE). Part I: Structure guided discovery and optimization of dual targeting agents with potent, broad-spectrum enzymatic activity. Bioorganic & medicinal chemistry letters, v. 23, n. 5, p. 1529-1536, 2013.

VEGGI, Priscilla Carvalho et al. Obtenção de extratos vegetais por diferentes métodos de extração: estudo experimental e simulação dos processos. 2009.

WENDT, K. U.; LENHART, A.; SCHULZ, G. E. The structure of the membrane protein squalene-hopene cyclase at 2.0 Å resolution. Journal of molecular biology, v. 286, n. 1, p. 175-187, 1999.