{"id":52378,"date":"2023-06-26T17:07:11","date_gmt":"2023-06-26T20:07:11","guid":{"rendered":"https:\/\/lnbio.cnpem.br\/kvfinder-web-a-ferramenta-de-identificar-e-caracterizar-a-superficie-de-moleculas\/"},"modified":"2023-06-26T17:07:11","modified_gmt":"2023-06-26T20:07:11","slug":"kvfinder-web-a-ferramenta-de-identificar-e-caracterizar-a-superficie-de-moleculas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/lnbio.cnpem.br\/en\/kvfinder-web-a-ferramenta-de-identificar-e-caracterizar-a-superficie-de-moleculas\/","title":{"rendered":"KVFinder-web: a ferramenta de identificar e caracterizar a superf\u00edcie de mol\u00e9culas"},"content":{"rendered":"
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Grupo de biologia computacional do CNPEM criou servi\u00e7o online gratuito que facilita a busca, categoriza\u00e7\u00e3o e sele\u00e7\u00e3o de locais de intera\u00e7\u00e3o de prote\u00ednas com f\u00e1rmacos<\/p>\n<\/blockquote>\n

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Pesquisadores do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) acabam de criar um servi\u00e7o online chamado KVFinder-web<\/em>. A p\u00e1gina<\/a>, aberta \u00e0 comunidade acad\u00eamica e ao p\u00fablico geral, permite que o usu\u00e1rio enxergue e categorize as cavidades n\u00e3o s\u00f3 de prote\u00ednas, como de qualquer tipo mol\u00e9cula. A novidade tem o potencial de facilitar pesquisas em m\u00faltiplas \u00e1reas de conhecimento.<\/p>\n

O estudo que resultou na ferramenta foi publicado em maio na revista cient\u00edfica Nucleic Acids Research<\/em><\/a>. J\u00e1 no m\u00eas seguinte, outro artigo do grupo de biologia computacional do Laborat\u00f3rio Nacional de Biologia do CNPEM, em associa\u00e7\u00e3o com a Universit\u00e9 Toulouse III\u2500Paul Sabatier, conquistou a capa da JCIM<\/a> (Journal of Chemical Information and Modeling<\/em>).<\/p>\n

O artigo-capa \u00e9 derivado do uso inesperado do programa para uma estrutura que nada tem a ver com uma prote\u00edna. O uso alternativo mirou identificar e quantificar as dimens\u00f5es do interior das chamadas \u201cgaiolas supramoleculares\u201d, estruturas artificiais, geralmente compostas por m\u00faltiplos \u00e1tomos de carbono. As gaiolas s\u00e3o utilizadas para isolar, alojar ou aprisionar mol\u00e9culas em rea\u00e7\u00f5es qu\u00edmicas, com objetivos diversos. Por exemplo, encapsular subprodutos nocivos ou explosivos durante o processo de s\u00edntese de um composto qu\u00edmico.<\/p>\n

O KVFinder<\/em> p\u00f4de, com sucesso, caracterizar o espa\u00e7o no interior das gaiolas supramoleculares. Sabendo o volume e abertura da gaiola, \u00e9 poss\u00edvel determinar, por exemplo, se vale a pena ou n\u00e3o sintetizar a mol\u00e9cula. O estudo mostra como o destino de softwares<\/em> deste tipo pode ser diverso e como ainda s\u00e3o subutilizados.<\/p>\n

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Homepage do KVFinder-web<\/p><\/div>\n

Por que as cavidades?<\/strong><\/h3>\n

Apesar de o KVFinder <\/em>conseguir analisar a superf\u00edcie de qualquer mol\u00e9cula e, caso ela venha a ter cavidades, identificar e dar caracter\u00edsticas a elas, as ferramentas foram inicialmente pensadas para o estudo de macromol\u00e9culas, principalmente para prote\u00ednas.<\/p>\n

A raz\u00e3o \u00e9 que h\u00e1 tempos \u00e9 conhecida a import\u00e2ncia de espa\u00e7os em uma prote\u00edna na rela\u00e7\u00e3o com sua funcionalidade. Esses espa\u00e7os se formam pelo dobramento da mol\u00e9cula em si mesma e definem s\u00edtios de liga\u00e7\u00e3o. Isto \u00e9, se a prote\u00edna for a esp\u00edcula de um v\u00edrus, h\u00e1 grandes chances de as mol\u00e9culas virais que interagem com as membranas das c\u00e9lulas e\/ou com medicamentos antivirais estarem justo em uma dessas cavidades.<\/p>\n

O mesmo ocorre para enzimas de todo tipo. Para muitas prote\u00ednas enzim\u00e1ticas, como as quinases, por exemplo, j\u00e1 foi bem estabelecido que a maior e mais profunda cavidade, ser\u00e1, geralmente, a catal\u00edtica.<\/p>\n

A famosa analogia do \u201cchave-fechadura\u201d foi originada de uma das pesquisas iniciais sobre o complexo enzima-substrato, realizada por Emil Fischer, em 1894. A analogia \u00e9 hoje considerada simplista demais para a variedade de circunst\u00e2ncias em rea\u00e7\u00f5es qu\u00edmicas e das conforma\u00e7\u00f5es de mol\u00e9cula envolvidas, mas mant\u00eam-se a import\u00e2ncia das cavidades em processos bioqu\u00edmicos e farmacol\u00f3gicos.<\/p>\n

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Imagem do ganhador do pr\u00eamio Nobel, o qu\u00edmico alem\u00e3o Emil Fischer que, em 1894, criou o modelo \u201cchave-fechadura\u201d para explicar a rela\u00e7\u00e3o entre as enzimas e seus substratos<\/p><\/div>\n

Para Paulo Oliveira, coordenador do grupo de biologia computacional do CNPEM, ainda que se soubesse faz tempo da rela\u00e7\u00e3o entre forma e fun\u00e7\u00e3o de prote\u00ednas, havia um problema de m\u00e9todo e uma lacuna na \u00e1rea. Ou seja, at\u00e9 o presente, n\u00e3o existia uma ferramenta eficaz de an\u00e1lise das cavidades proteicas que permitisse melhor predi\u00e7\u00e3o dos fen\u00f4menos dependentes de sua geometria espacial.<\/p>\n

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Passo-a-passo para o KVFinder-web<\/strong><\/h3>\n

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Esquema representando o funcionamento da p\u00e1gina do KVFinder-web para os usu\u00e1rios<\/p><\/div>\n

O funcionamento do KVFinder-web para o usu\u00e1rio interessado \u00e9 relativamente simples. Basta carregar o arquivo da estrutura da mol\u00e9cula em formato PDB, ou apenas inserir o c\u00f3digo de 4 d\u00edgitos, e selecionar visualiza\u00e7\u00f5es de interesse. Os resultados estar\u00e3o prontos em alguns instantes.<\/p>\n

Para muitos dos pesquisadores que j\u00e1 trabalharam com prote\u00ednas, h\u00e1 familiaridade com o formato PDB e com o banco de dados mundial dispon\u00edvel<\/a>. Se for uma mol\u00e9cula que ainda n\u00e3o exista no banco de dados, \u00e9 poss\u00edvel obter a estrutura elucidada no AlphaFold<\/em><\/a>, ou em outros programas de modelagem com a mesma fun\u00e7\u00e3o, e assim carregar no KVFinder-web<\/em>.<\/p>\n

Uma vez processado o arquivo carregado, a p\u00e1gina mostra a pr\u00e9-visualiza\u00e7\u00e3o da estrutura espacial da mol\u00e9cula e as op\u00e7\u00f5es para visualiza\u00e7\u00e3o com caracter\u00edsticas das cavidades como \u201cvolume\u201d, \u201cprofundidade\u201d e \u201chidrofilia\u201d. \u00c9 poss\u00edvel carregar uma grande quantidade de arquivos, ou seja, de mol\u00e9culas, ao mesmo tempo e ent\u00e3o organizar a an\u00e1lise segundo as informa\u00e7\u00f5es de propriedades de cavidade. Com essa combina\u00e7\u00e3o de informa\u00e7\u00f5es geom\u00e9tricas e f\u00edsico-qu\u00edmicas, pode-se inferir com maior efici\u00eancia qual mol\u00e9cula ligante, como de um f\u00e1rmaco, por exemplo, seria mais apropriada em testagens.<\/p>\n

As visualiza\u00e7\u00f5es disponibilizadas no KVFinder-web<\/em> permitem, portanto, que \u201cas perspectivas at\u00f4mica e espacial se complementem e se somem na busca de ligantes de interesse, e era dif\u00edcil explorar esse conjunto antes\u201d, comenta Jo\u00e3o Victor Guerra, autor do artigo de lan\u00e7amento da plataforma.<\/p>\n

Esta n\u00e3o \u00e9 a primeira vez de um programa de computa\u00e7\u00e3o com o prop\u00f3sito de prever a superf\u00edcie de mol\u00e9culas. Mas o uso de um servi\u00e7o online abrangente \u00e9 in\u00e9dito. Al\u00e9m disso, o KVFinder-web<\/em> \u00e9 uma porta de entrada para uma plataforma de softwares<\/em> j\u00e1 lan\u00e7ados anteriormente pelo CNPEM, que agora foram aprimorados. Segundo Guerra, a interface online facilita e torna atraente o uso para quem n\u00e3o tem muito dom\u00ednio na \u00e1rea.<\/p>\n

Al\u00e9m da melhora na acessibilidade, uma das principais diferen\u00e7as entre esta ferramenta e as de outras institui\u00e7\u00f5es est\u00e1 na efic\u00e1cia em delimitar sutilezas na superf\u00edcie da mol\u00e9cula que os outros programas n\u00e3o conseguem detectar.<\/p>\n

Por exemplo, quando existe uma cavidade maior, composta por v\u00e1rias menores, ou fendas, que possuem inclusive propriedades distintas entre elas, os poucos softwares<\/em> que existiram antes da plataforma KVFinder <\/em>apenas eram capazes de reconhecer, de uma maneira mais aproximada e grosseira, o espa\u00e7o maior. Enquanto o KVFinder <\/em>n\u00e3o s\u00f3 indica a cavidade maior, como as cavidades menores em seu interior, assim como d\u00e1 caracter\u00edsticas relevantes a cada uma delas.<\/p>\n

Entre outras dificuldades de adequa\u00e7\u00e3o \u00e0 realidade das mol\u00e9culas para a cria\u00e7\u00e3o dos softwares <\/em>de an\u00e1lise de superf\u00edcie, os autores do artigo citam tamb\u00e9m a movimenta\u00e7\u00e3o ativa e constante das prote\u00ednas no espa\u00e7o (e, portanto, altera\u00e7\u00e3o de sua conforma\u00e7\u00e3o e superf\u00edcie, especialmente em momentos de interagir com o substrato) e citam a execu\u00e7\u00e3o do programa em larga escala. Isto \u00e9, quando, por exemplo, se quer realizar uma an\u00e1lise comparativa para v\u00e1rias prote\u00ednas de uma vez, na inten\u00e7\u00e3o de encontrar uma adequada a determinado f\u00e1rmaco, ou ent\u00e3o quando se quer analisar e organizar os resultados para as mol\u00e9culas de uma microbiota inteira, em vez de uma esp\u00e9cie por vez.<\/p>\n

Para esses casos, a otimiza\u00e7\u00e3o dos algoritmos feita para a plataforma atual, e a sele\u00e7\u00e3o das visualiza\u00e7\u00f5es no servi\u00e7o online, permitem solu\u00e7\u00e3o. O que torna o conjunto de programas especial \u00e9, portanto, a combina\u00e7\u00e3o entre todas as novas capacidades, e o pioneirismo na interface online<\/em>.<\/p>\n

As possibilidades de uso da ferramenta s\u00e3o muitas \u2013 h\u00e1 o potencial j\u00e1 demonstrado, como no caso das gaiolas supramoleculares, em \u00e1reas de pesquisa para al\u00e9m da virologia, bioqu\u00edmica e farmacologia. Al\u00e9m de acessar o servi\u00e7o, um professor universit\u00e1rio tamb\u00e9m pode baixar e instalar o KVFinder-web no servidor de sua institui\u00e7\u00e3o, e o utilizar na sala de aula. Por fim, outro aspecto interessante de uso pela comunidade cient\u00edfica que o pesquisador Paulo Oliveira cita \u00e9 que \u201cmesmo que n\u00e3o seja o foco de sua pesquisa, \u00e0s vezes o usu\u00e1rio s\u00f3 quer ir l\u00e1 e ver a \u2018carinha\u2019 da prote\u00edna com a qual est\u00e1 trabalhando, o que \u00e9 sempre fascinante e o servi\u00e7o online permite isso\u201d.<\/p>\n

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Sobre o CNPEM<\/h3>\n

Ambiente sofisticado e efervescente de pesquisa e desenvolvimento, \u00fanico no Brasil e presente em poucos centros cient\u00edficos do mundo, o Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) \u00e9 uma organiza\u00e7\u00e3o privada sem fins lucrativos, sob a supervis\u00e3o do Minist\u00e9rio da Ci\u00eancia, Tecnologia e Inova\u00e7\u00e3o (MCTI). O Centro opera quatro Laborat\u00f3rios Nacionais e \u00e9 o ber\u00e7o do projeto mais complexo da ci\u00eancia brasileira \u2013 Sirius \u2013 uma das fontes de luz s\u00edncrotron mais avan\u00e7adas do mundo. O CNPEM re\u00fane equipes multitem\u00e1ticas altamente especializadas, infraestruturas laboratoriais globalmente competitivas e abertas \u00e0 comunidade cient\u00edfica, linhas estrat\u00e9gicas de investiga\u00e7\u00e3o, projetos inovadores em parceria com o setor produtivo e forma\u00e7\u00e3o de investigadores e estudantes. O Centro \u00e9 um ambiente impulsionado pela pesquisa de solu\u00e7\u00f5es com impacto nas \u00e1reas de Sa\u00fade, Energia e Materiais Renov\u00e1veis, Agroambiental, Tecnologias Qu\u00e2nticas. Por meio da [plataforma CNPEM 360](https:\/\/pages.cnpem.br\/cnpem360\/) \u00e9 poss\u00edvel explorar, de forma virtual e imersiva, ambientes de todos os laborat\u00f3rios instalados em Campinas (SP) e tamb\u00e9m obter informa\u00e7\u00f5es sobre trabalhos realizados e recursos disponibilizados para a comunidade cient\u00edfica e empresas. A partir de 2022, com o apoio do Minist\u00e9rio da Educa\u00e7\u00e3o (MEC), o CNPEM expandiu suas atividades com a abertura da Ilum Escola de Ci\u00eancia. O curso superior interdisciplinar em Ci\u00eancia, Tecnologia e Inova\u00e7\u00e3o adota propostas inovadoras com o objetivo de oferecer forma\u00e7\u00e3o de excel\u00eancia, gratuita, em per\u00edodo integral e com imers\u00e3o no ambiente de pesquisa do CNPEM.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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