Novas simulações de supercomputador revelaram o papel das proteínas de transporte chamadas bombas de efluxo na criação de resistência a drogas em bactérias, pesquisas que poderiam levar a melhorar a eficácia dos medicamentos contra doenças potencialmente fatais e restaurar a eficácia de antibióticos extintos.

"Ao compreender como a bomba se move e se comporta dinamicamente, podemos potencialmente encontrar uma maneira de desativar a bomba - e os antibióticos que não funcionam há muito tempo podem ser úteis novamente, "disse a biofísica de Los Alamos Gnana Gnanakaran, que colaborou com colegas do Laboratório e com especialistas em bomba de efluxo bacteriano Helen Zgurskaya na Universidade de Oklahoma e Klaas Pos na Universidade Goethe em Frankfurt, Alemanha.

Algumas infecções potencialmente fatais não respondem aos antibióticos porque as bombas de efluxo dentro de um tipo específico de micróbio infeccioso chamado bactérias Gram-negativas liberam os antibióticos antes que os medicamentos possam agir. Um tipo de bomba de efluxo, que até recentemente só havia sido estudado em partes, foi recentemente modelado em sua totalidade e simulado usando supercomputadores no Laboratório Nacional de Los Alamos. As evidências, publicado em 28 de novembro em Relatórios Científicos , oferecem uma melhor compreensão dos movimentos e funções das bombas de efluxo. O trabalho explora os extensos recursos de modelagem e simulação de supercomputação do Laboratório, desenvolvidos para apoiar sua missão de segurança nacional.

Para este estudo, os pesquisadores se concentraram em bombas de efluxo dentro da bactéria Pseudomonas aeruginosa , que pode causar doenças graves, como pneumonia e sepse. No P. aeruginosa , o principal tipo de bomba é denominado MexAB-OprM e é composto por três proteínas:MexA, MexB e OprM.

"Este é realmente, sistema realmente grande - aproximadamente um milhão e meio de átomos, "disse o biólogo teórico do Laboratório Cesar A. López. A bomba MexAB-OprM abrange as membranas internas e externas encontradas nas bactérias Gram-negativas e conecta o interior da célula e o periplasma (o compartimento entre as duas membranas) ao exterior da célula. Essa conexão cria um caminho para as moléculas da droga saírem da célula.

Os supercomputadores do Laboratório foram capazes de realizar as primeiras simulações atomísticas de toda a bomba MexAB-OprM embutida em um sistema de membrana dupla em uma escala de tempo de microssegundos.

Os pesquisadores então usaram as simulações para investigar a dinâmica da bomba montada e para entender como a funcionalidade da bomba surge dessa dinâmica. As interações de aminoácidos que estabilizam o complexo entre MexA e OprM também foram validadas de forma independente usando uma técnica computacional chamada análise de covariação de sequência pelo biólogo teórico de laboratório Timothy Travers. De acordo com Travers, "Esta é a primeira vez que tal técnica baseada em sequência foi aplicada para validação cruzada da interface de um complexo de proteínas construído usando simulações e microscopia crioeletrônica."

A aplicação dessas técnicas computacionais à multiplicidade de bombas de efluxo encontradas em diferentes patógenos Gram-negativos deve permitir aos cientistas elucidar se os mecanismos gerais são compartilhados entre diferentes bombas ou são específicos de cada bomba. Por exemplo, talvez as interações de aminoácidos que estabilizam a estrutura da bomba possam ser direcionadas por esforços de desenvolvimento de drogas para bloquear a montagem ou função da bomba, tornando assim os antibióticos atualmente extintos eficazes mais uma vez.