Computational studies for the discovery of novel inhibitors of metallo beta-lactamases as therapeutic targets for antibiotic resistance

Abstract

O principal mecanismo de resistência a beta-lactâmicos é a hidrólise mediada por beta-lactamases (BL). Assim, a principal estratégia para ultrapassar a acção destas enzimas é a terapêutica combinada com moléculas inibidoras que, apesar de terem pouca ou nenhuma actividade antimicrobiana, têm uma elevada afinidade com as BL, restabelecendo a eficácia da terapêutica antibiótica.As metalo-BL (MBL) são uma classe estruturalmente distinta de BL, com um espectro hidrolítico que abrange a maioria dos antibióticos beta-lactâmicos, não sendo inibidas eficazmente por nenhum inibidor. As MBL são cada vez mais isoladas em estirpes bacterianas responsáveis por infecções em humanos e a sua prevalência continuará a aumentar já que começam a ser codificadas por elementos genéticos móveis. É, assim, evidente a urgência do desenvolvimento de soluções que permitam restabelecer a eficácia aos antibióticos beta-lactâmicos.Nas últimas décadas, o estudo de inibidores de MBLs permitiu identificar algumas famílias de compostos com potencial para desenvolvimento de inibidores. Ainda não houve, no entanto, avanços que permitam o seu desenvolvimento clínico.Neste estudo desenvolvemos um modelo farmacofórico para filtrar uma biblioteca de compostos construída a partir das bases de dados NCI, ZINC e DrugBank seleccionando moléculas candidatas a desenvolvimento como inibidores da MBL IMP-1. De seguida, realizámos simulações de docking dos compostos com melhores resultados no screening farmacofórico até obtermos um conjunto final com as moléculas com mais afinidade para o receptor (n=212) e um sub-grupo com os 49 melhores compostos com grupos tiol. Num futuro próximo, estas moléculas passarão por um processo de screening in-vitro que permita avaliar a actividade inibitória para a MBL IMP-1.

Hydrolysis by beta-lactamases (BL) is one of the major mechanisms that drive resistance to beta-lactam antibiotics. The major strategy to overcome their activity is the use of inhibitors that have little to none antibiotic activity, but bind with greater affinity to BLs, allowing an effective antibiotic therapy. The metallo-BL (MBL), are a structurally distinct BL class that hydrolyse almost all classes of beta-lactams and are not inhibited by any marketed inhibitor. They are increasingly produced by clinical bacteria and their prevalence will keep growing as some types of MBL are encoded in mobile genetic elements. It is thus, evident, the need for solutions that allow beta-lactam antibiotics to keep their effectiveness.The study of inhibitors for MBLs has highlighted some classes of compounds potentially useful for the design of a successful inhibitor in the future. However, none have yet entered further development stages.In this study, we have developed a structure-based pharmacophore model to screen large compound databases (NCI, ZINC and DrugBank) for candidate ligands to IMP-1 MBL, followed by molecular docking simulations of the compounds best fitting the pharmacophore, until a final collection of the 212 distinct molecules with the best docking fitness and the best 49 thiol compounds was reached. In the near future, these molecules will be screened in vitro for inhibitory activity against IMP-1 ..........................................................................