Identificação computacional de alvos de drogas e candidatos a vacinas em Mycoplasma genitalium

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Universidade Federal de Minas Gerais

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Dissertação de mestrado

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Rommel Thiago Juca Ramos
Vasco Ariston de Carvalho Azevedo
Sandeep Tiwari
Siomar de Castro Soares

Resumo

Mycoplasma genitalium é um patógeno sexualmente transmissível caracterizado como uma bactéria pleomórfica, em forma de pêra, de crescimento lento e intracelular obrigatório. É um dos patógenos de ISTs (infecções sexualmente transmissíveis) associados à uretrite não gonocócica em homens e a várias síndromes inflamatórias do trato reprodutivo em mulheres, como cervicite, doença inflamatória pélvica (DIP) e infertilidade. Neste trabalho, aplicamos vacinologia reversa e abordagens de genômica subtrativa para a predição in silico de potenciais candidatos a vacinas e alvos de drogas utilizando cinco genomas completos de M. genitalium. Identificamos 403 genes compartilhados por todas as cinco cepas usando Orthofinder, dos quais 104 proteínas são não-homólogas ao hospedeiro. Destas, 44 são expostas, secretadas ou de membrana, e 60 proteínas são citoplasmáticas, de acordo com as análises do software SurfG+. A essencialidade, funcionalidade e afinidade de ligação estrutural destas proteínas também foram verificadas. No geral, predizemos: 19 alvos de vacinas candidatas usando o software Vaxign – uma permease de transportador ABC; um componente EIICBA de glicose PTS; uma proteína P1 de adesão; uma diacilgliceril transferase; uma proteína M bloqueadora de IgG; e 14 proteínas hipotéticas; e, 7 alvos de fármacos – uma proteína de restrição-modificação do tipo I; Acilhidroperóxido redutase, Ahp; fator de ligação ao ribossomo A, RbfA; Proteína L32 de 50S ribossomal; Classe Ib ribonucleosídeo difosfato redutase, NrdI; uma proteína contendo o domínio DUF3217; e uma proteína hipotética. Além disso, realizamos uma análise de docking molecular usando AutoDock Vina para cada alvo de droga contra um banco de dados de 5008 compostos naturais antimicrobianos, extraído do ZINC Database, selecionando as moléculas ZINC08636510, ZINC04235924, ZINC15709489, ZINC04237087, ZINC04236001 e ZINC35415766 por suas interações favoráveis contra os resíduos do sítio ativo dos respectivos alvos. Em suma, predizemos 14 candidatos a vacinas que ainda não foram descritos. Em relação aos alvos de drogas, este estudo foi o primeiro a revelar tanto a proteína hipotética WP_009885876.1 quanto a proteína contendo o domínio DUF3217 WP_009885939.1 como novos possíveis alvos de drogas contra M. genitalium. Por fim, tanto as vacinas candidatas quanto os alvos de drogas aqui identificados podem contribuir para o desenvolvimento futuro de estratégias terapêuticas para controlar a disseminação de M. genitalium em todo o mundo.

Abstract

Mycoplasma genitalium is a sexually transmitted pathogen characterized as a pleomorphic, flask-shaped, slow-growing, and obligate intracellular bacterium. It is one of the STI (sexually transmitted infections) pathogens associated with non-gonococcal urethritis in men and several inflammatory reproductive tract syndromes in women, such as cervicitis, pelvic inflammatory disease (PID), and infertility. Here, we applied reverse vaccinology and subtractive genomic approaches for the in silico prediction of potential vaccine candidates and drug targets against five strains of M. genitalium. We identified 403 genes shared by all five strains using Orthofinder, from which 104 proteins are non-host homologous. From those, 44 exposed, secreted, or membrane, and 60 cytoplasmic proteins, as per SurfG+ analyses. Their essentiality, functionality, and structure-based binding affinity were also checked. Overall, we predicted: 19 candidate vaccine targets using Vaxign software – an ABC transporter permease; a PTS glucose EIICBA component; an adhesion P1 protein; a diacyl glyceryl transferase; an IgG blocking protein M; and 14 hypothetical proteins; and, 7 drug targets – Type I restriction-modification protein; Akylhydroperoxide reductase, Ahp; ribosome-binding factor A, RbfA; 50S ribosomal protein L32; Class Ibribonucleoside diphosphate reductase, NrdI; a DUF3217 domain-containing protein; and a hypothetical protein. Furthermore, we performed a molecular docking analysis using AutoDock Vina for each drug target against a 5008 antimicrobial natural-compounds database retrieved from the ZINC Database, selecting ZINC08636510, ZINC04235924, ZINC15709489, ZINC04237087, ZINC04236001, and ZINC35415766 as promising molecules with favorable interactions with the target’s active site residues. Finally, we predicted 14 potential vaccine targets that have not yet been described. Concerning our predicted drug targets, this study was the first to reveal both predicted hypothetical protein (WP_009885876.1) and the DUF3217 domain-containing protein (WP_009885939.1) as novel putative drug targets against M. genitalium. Altogether, both vaccine candidates and drug targets identified here may contribute to the future development of therapeutic strategies to control the spread of M. genitalium worldwide.

Assunto

Bioinformática, Mycoplasma genitalium, Infecções Sexualmente Transmissíveis, Vacinologia Reversa, Desenvolvimento de Medicamentos

Palavras-chave

Mycoplasma genitalium, Infecções sexualmente transmissíveis, Vacinologia reversa, Candidatos à vacina, Alvos de drogas

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