Projeto de iniciação cientifica. Peptídeos antimicrobianos como ferramenta biotecnológica. Isabela Suriani Caetano. Orientador: Érica Soares Martins

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1 Projeto de iniciação cientifica Peptídeos antimicrobianos como ferramenta biotecnológica Isabela Suriani Caetano Orientador: Érica Soares Martins Brasília, maio de

2 Índice 1. Resumo 3 2. Introdução 4 3. Justificativa 7 4. Objetivo 8 5. Materiais e Métodos 9 6. Cronograma Referencias Bibliográficas 11 2

3 Resumo Peptídeos são biomoléculas presentes em uma grande variedade de organismos, como, anfíbios, plantas, peixes, bactérias, fungos, mamíferos e aracnídeos. A grande maioria dos peptídeos atua nas linhas de defesa do organismo e são sintetizados constantemente ou após exposição a microorganismos patogênicos, apresentam mecanismo de ação antimicrobiano que independe da interação de um receptor específico. A produção sintética possibilita a seleção de características desejáveis nestas moléculas, o que aumenta a seletividade contra células microbianas e a resistência a ação de proteases que possam degradá-las. A resistência bacteriana a antibióticos convencionais é uma das grandes preocupações dos tempos atuais, pois, microrganismos possuem mecanismos de defesa para adaptação a condições adversas, o uso de peptídeos antimicrobianos tem sido uma solução a esses mecanismos por possuírem maior eficiência na defesa do organismo e por apresentarem uma propensão menor de adaptação e resistência bacteriana. São, portanto, promissores em uso terapêutico e profiláticos em saúde humana e animal. 3

4 INTRODUÇÃO Peptídeos são biomoléculas estruturalmente constituídas por seqüência de aminoácidos. São classificados como polares (hidrofílicas, que possuem afinidade com água) ou apolares (hidrofóbicas, repelem a água), sua classificação também depende do ph do meio em que se encontram, alterando sua carga, podem ser positivos, negativos ou neutros. (ARCHILHA; 2008) Na maioria, os peptídeos antimicrobianos possuem em sua estrutura 50% de aminoácidos hidrofóbicos e carga líquida positiva, são menores do que 10 kda, e devido ao seu pequeno tamanho, são sintetizados com baixo consumo de energia, sendo, ativados ou sintetizados a partir de proteínas específicas e proteólise. Em solução livre alguns peptídeos têm suas estruturas secundárias e terciárias pré- formadas, mais comuns àqueles com estruturas com duas a quatro ligações dissulfeto, porém, muitos em solução livre não possuem nenhuma ou pequena estrutura pré-definida, quando em contato com a membrana alvo dobram-se em uma estrutura anfipática. (ALMEIDA ; 2007) Encontram-se agrupados em 4 categorias: I. Estrutura linear, sem resíduos de cisteína e formando normalmente estrutura em α-hélice. II. Estrutura cíclica ou cíclica com extremidade aberta, normalmente sob a forma de β-folha, mantida geralmente por pontes de dissulfeto. III. Com alto conteúdo de determinados (normalmente um ou dois) resíduos de aminoácidos, como glicina, prolina ou histidina. IV. Derivados da hidrólise parcial de uma proteína precursora maior. (LÖFGREN, 2007) A maioria dos peptídeos atua nas linhas de defesa do organismo e são sintetizados constantemente ou após exposição a microorganismos patogênicos, apresentam mecanismo de ação antimicrobiano que independe da interação de um receptor específico. Estão presentes em uma grande variedade de organismos, como, anfíbios, plantas, peixes, bactérias, fungos, mamíferos e aracnídeos. (VERLY, 2010) A produção sintética destes peptídeos possibilita a seleção de características desejáveis em peptídeos, o que gera um aumento na ação 4

5 contra células microbianas e resistência a ação de proteases que as degradam. Peptídeos quimeras ou híbridos foram produzidos com o objetivo de unir partes de peptídeos diferentes em uma só molécula apresentando aumento na sua atividade antimicrobiana. (LÖFGREN, 2007) Alguns métodos possibilitam a síntese de peptídeos, empregados para a sua produção, são eles: Síntese enzimática ou biocatalizada, sendo mediada por uma enzima em sua forma imobilizada ou livre (inversão da hidrólise da ligação peptídica, transpeptidação e aminólise de ésteres); Síntese via tecnologia do DNA recombinante, utilizando todos os métodos de expressão gênica ou clonagem, produzindo peptídeos recombinantes; Síntese química, utilizando um reagente químico, que pode ocorrer na presença de um suporte polimérico (síntese de peptídeos em fase sólida; SPFS) ou síntese clássica (em solução). (MACHADO; et. al.; 2004) Para uso clínico, consumo alimentar, realização de determinados testes biológicos e estudos estruturais ou que explorem a relação estrutura-atividade, são requeridos peptídeos com purezas iguais ou superiores a 95%. Assim, tornou-se muito comum combinar técnicas cromatográficas de baixa, média e alta resolução para obter peptídeos sintéticos com esta qualidade. (MACHADO, et. al.; 2004) A resistência bacteriana a antibióticos convencionais é uma das grandes preocupações dos tempos atuais, pois, microorganismos possuem mecanismos de defesa para adaptação a condições diversas, o uso de peptídeos antimicrobianos tem sido uma solução a esses mecanismos por possuírem maior eficiência na defesa do organismo e por apresentarem uma propensão menor de adaptação e resistência bacteriana. São, portanto, promissores em uso terapêutico e profiláticos em saúde humana e animal. (BENITEZ, 2010) Um único organismo pode produzir várias linhagens de várias classes de peptídeos diferentes, acredita-se que sua seletividade e sua atividade antimicrobiana sejam determinadas pela sua interação entre essas biomoléculas e a membrana celular dos microorganismos. (ALMEIDA, 2007) Peptídeos antimicrobianos são antibióticos naturais codificados por genes presentes em todos os organismos. As bacteriocinas destacam-se entre 5

6 a grande variedade de peptídeos antimicrobianos sintetizados por várias linhagens de bactérias Gram-positivas e Gram-negativas, cuja função primária é impedir o crescimento de espécies competidoras. (BENITEZ, 2010) As bacteriocinas também podem ser usadas como conservantes naturais, ou seja, substituindo aditivos e conservantes sintéticos para aumentar a vida de prateleira dos alimentos, atuando como bioconservadores retardando a ação de microorganismos indesejáveis, por exemplo, as que são produzidas por bactérias lácteas utilizadas na conservação e como probióticos no processamento de alimentos. (BENITEZ, 2010) Nas últimas décadas os AMP s foram reconhecidos como potenciais terapêuticos no combate contra microorganismos patogênicos por apresentarem características antivirais, antibacterianas, anticancerígenas, antifúngicas, e também, cicatrizantes de feridas. Sendo, portanto, mais eficientes do que os antibióticos convencionais por se diferenciarem estruturalmente, principalmente contra patógenos resistentes a antibióticos e antifúngicos, oferecendo assim novos moldes para o desenvolvimento de compostos farmacêuticos mais eficientes. (ALMEIDA, 2007) 6

7 Justificativa A resistência de microorganismos patogênicos a antibióticos e antifúngicos convencionais vem sendo uma grande preocupação para a saúde pública, uma das alternativas com maior potencial terapêutico e menor adaptação e resistência dos microorganismos são os peptídeos antimicrobianos, presentes na linha de defesa de uma grande variedade de organismos. Um único organismo pode produzir várias classes de peptídeos diferentes, sendo, portanto, seu uso de grande abrangência, podendo ser aplicado em várias áreas, tais como, na agricultura como bioconservadores e na produção de fármacos com potenciais terapêuticos no combate contra microorganismos patogênicos por apresentarem características antivirais, antibacterianas, anticancerígenas, antifúngicas, e também, cicatrizantes de feridas. Os microorganismos possuem mecanismos de defesa que os tornam resistentes e adaptados a ação das convencionais armas de ataque já criadas, por estarem sempre em contato com estas armas acabam deixando-as ineficazes no combate aos patógenos que acometem homem, animais e vegetais. A criação de novos moldes de uso terapêutico e profilático com peptídeo antimicrobiano é uma das melhores soluções, pois, atuam de forma eficiente contra os microorganismos, possuindo menor resistência e adaptação, fornecendo assim resultados melhores e mais eficazes. Também podem fazer parte da criação de novos conservantes, conhecidos como bioconservantes, substituindo os conservantes sintéticos que com seu uso prolongado podem trazer prejuízos à saúde. Os peptídeos antimicrobianos podem ser a solução de vários problemas que ocorrem devido ao uso decorrente de antibiótico, antifúngicos e conservantes, trazendo melhoria na saúde humana, animal e vegetal, atuando com maior eficiência profilática e terapêutica, e trazendo melhorias na alimentação com consumo de alimentos menos sintéticos e mais seguros. 7

8 Objetivo Identificar as aplicabilidades de peptídeos antimicrobianos como alternativa para controle de patógenos resistentes às drogas disponíveis no mercado. 8

9 Materiais e Métodos O percurso da pesquisa seguirá o modelo analítico de Ganong (1987) que consiste nas seguintes etapas: seleção da questão temática, estabelecimento dos critérios para a seleção da amostra, representação das características da pesquisa original, análise dos dados, interpretação dos resultados e apresentação da revisão. Os procedimentos relacionados às buscas nas bases de dados respeitarão as seguintes etapas: a) Primeira etapa - identificação de descritores controlados junto à base da BIREME, LILACS, SCIELO, MEDLINE, PUBMED e não controlados, considerando os unitermos mais citados em literatura de referência. A combinação dos termos entre si poderá ser utilizada como estratégia de busca nas bases que assim o permitiram, sendo todos abordados pela mesma metodologia, nas línguas disponíveis, considerando a seguinte categorização dos estudos encontrados: título, autor, fonte, país de origem, ano. b) Segunda etapa - realização do refinamento da pesquisa, com a finalidade de tornar a busca mais específica e voltada ao objetivo deste estudo. Será especificado o período de 2000 a 2013 durante a busca avançada dos dados. c) Terceira etapa será realizada a busca avançada pelos estudos que envolvam a o uso de peptídeos antimicrobianos, incluindo os estudos pertinentes ao tema principal desta pesquisa. Serão excluídas as produções científicas não relacionadas com o escopo do presente estudo, as produções duplicadas, cartas e editoriais. 9

10 Cronograma Atividades Levantamento Bibliográfico Seleção dos artigos por palavras-chave Refinamento da pesquisa Leitura dos artigos Seleção dos dados Escrita de relatório mensal Escrita de relatório semestral Escrita de relatório final Escrita do artigo 08/13 09/13 10/13 11/13 12/13 01/14 02/14 03/14 04/14 05/14 06/14 07/14 X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X 10

11 Referências Bibliográficas LÖFGREN, Sara Emelie. Atividades Antimicrobiana, Antiparasitária e Hemolítica de Peptídeos Antimicrobianos Isolados de Animais Aquáticos, Florianópolis Fonte: nce=1 MACHADO, Alessandra, et al..sínteses química e enzimática de peptídeos: princípios básicos e aplicações, Quím. Nova vol.27 no.5 São Paulo Sept./Oct Fonte: ALMEIDA, Hebréia Oliveira. Identificação de Peptídeos Antimicrobianos de Folhas de Berinjela Para o Controle de Patógenos de Plantas, Viçosa BENITEZ, Lisianne Brittes. Caracterização de Peptídeos Antimicrobianos de Bacillus amyloliquefaciens com Atividade Antibacteriana, Antifúngica e Amebicida, Porto Alegre, Junho, ARCHILHA, Nathaly Lopes. Interação entre um Peptídeo Antimicrobiano e Vesícula de Fosfolipídeos, São Paulo, VERLY, Rodrigo Moreira, Peptídeos Antimicrobianos: Síntese, Ensaios Biológicos, Estudos Termodinâmicos e Análise Estrutural por RMN em Meios Biomiméticos, Belo Horizonte, Ganong LH. Integrative reviews of nursing research. Res Nurs Health 1987 Feb; 10(1):1-11). 11