Akademik Veri Yönetim Sistemi
Kürkçüoğlu Levitas A. Ö. (Yürütücü), Sungur F. A., Kök F. N., Karataş A., Demirci H.
TÜBİTAK Projesi, 2021 - 2024
Dünya Sağlık Örgütü verilerine göre antibiyotik rezistansı tüm dünyada hızla artış göstermekte, basit olarak nitelendirilebilecek enfeksiyonların tedavisi dahi hem güç hem de maliyetli hale gelmektedir. Acil önlemler alınmadığı takdirde basit enfeksiyonların ölümlere yol açacağı, modern tıbbın yetersiz kalacağı post-antibiyotik dönem çok yakın görünmektedir. Antibiyotik kullanımı bazı ülkelerde kontrol altına alınmış gibi görünse de sık seyahat, heryere kolay ulaşım ve toplu göçler kontrolü güçleştirmektedir. Bu nedenle, hali hazırda kullanılan antibiyotiklerden daha etkili türevlerin elde edilmesine ve yeni nesil antibiyotiklerin tasarlanmasına acilen ihtiyaç bulunmaktadır. Bir ilacın tasarımdan klinik kullanımına dek geçen sürenin ortalama 15 yıl olduğu ve maliyetin milyar dolar seviyesinde olduğu düşünülünce, sistematik yaklaşımların gerekliliği bu süreci mümkün olduğunca hızlandırmak ve aynı zamanda maliyeti azaltmak için önem kazanmaktadır.
Bakteriyel ribozom günümüzde kullanılan antibiyotiklerin başlıca hedefidir. Antibiyotikler ribozom kompleksinin farklı işlevsel bölgelerine bağlanıp protein sentezini durdururlar, başlamasına engel olurlar veya hatalı translasyona sebep olurlar, ve böylece bakterilerin çoğalmasını önlerler. 2.5 MDa boyutundaki bu devasa moleküler makinenin işleyişini bozmak amacıyla yeni antibiyotik türevleri tasarlamak ve yeni ilaç hedefleri bulmak için önce nasıl çalıştığının anlaşılması gerekmektedir. Birçok deneysel ve hesaplamalı çalışma literatürde rapor edilmiştir. Daha önceki çalışmalarımızda, E. coli, T. thermophilus, H. Marismortui ve D. radiodurans ribozom kompleksi yapılarının yapı-işlev ilişkileri detaylı olarak elastik ağyapı modelleri ile incelenmiştir. Bilinen antibiyotik bağlanma bölgeleri başarıyla ön görülmüş ve yeni antibiyotik hedefi bölgeler önerilmiştir. Bu çalışmalardan hareketle bu projede, hesaplamalı ve deneysel yöntemlerin bir arada kullanıldığı bütünleşik ve sistematik bir yaklaşım takip edilecektir.
Literatürde oldukça çok veri bulunması nedeniyle model olarak E. coli ribozomu seçilmiştir. İlk aşamada hesaplamalı yöntemler ile uygun inhibitör adayları belirlenecektir. Ribozom kristal yapıları üzerinde belirlenen üç farklı hedefe sanal kütüphaneler kullanarak doking çalışmaları yapılacaktır. Üç hedef; (1) küçük atlbirimdeki şifre çözme merkezi ve mRNA bağlanma kordoru, (2) küçük altbirim üzerinde B8 köprüsüne yakın allosterik bir bölge, (3) büyük altbirimdeki peptidil transferaz merkezi ve tünel girişi bölgesi olarak belirlenmiştir. 2. hedef literatürde ilk defa ilaç tasarımı için incelenecektir. Üç sanal kütüphane oluşturulacaktır; (1) FDA-onaylı ilaçlar, (2) doğal moleküller, (3) antimikrobiyal peptitler. Doking çalışmalarının önerdiği yüksek bağlanma skoruna sahip olan moleküller kısıtlı tüm-atom moleküler dinamik simülasyonları ve MM/PBSA yöntemi ile detaylı incelenecek, bağlanma serbest enerjileri hesaplanacaktır. Hedeflere yüksek afinitesi olan moleküllerin in vitro esseyler ile E.coli ribozomu için IC50 değerleri ortaya çıkarılacak, memeli hücrelerinde toksisiteleri araştırılacaktır. Son aşamada, belirlenen inhibitör-E. coli ribozom kompleks(ler)i kriyo-elektron mikroskopisi ile görüntülenecektir. Bilgimize göre bu tür bir çalışma bakteriyel ribozom için henüz rapor edilmemiştir.
Projede yapılacak çalışmalar için İTÜ ve Koç Üniversitesi’nden hesaplamalı kimya, biyolojik modelleme, moleküler biyoloji, yapısal biyoloji alanlarından konularında yetkin araştırmacılar bir araya geleceklerdir. Birçok lisansüstü ve lisans öğrencisinin proje kapsamında yer alması planlanmaktadır. Proje sonunda belirlenecek bakteriyel ribozom inhibitörleri için patent veya faydalı model alma olasılığı yüksektir. Proje önerisine konu çalışmalar TÜBİTAK 2020 yılı çağrı planlamasında yer alan öncelikli alanlardan Sağlık Yenilikçi/Referans İlaçlar: Yeni molekül keşfi konusunu kapsamaktadır. Uygulamalı araştırmalar ile (1) ilaç olma potansiyeline sahip yeni etken maddeler tasarlanacak; (2) bakteriyel enfeksionları tedavisine yönelik mevcut moleküllerin farklı endikasyonlarda yeniden konumlandırması yapılacaktır. Teknoloji hazırlık seviyesi 2 ile başlayacak proje bitiminde 3 seviyesine çıkması öngörülmektedir. Farklı bir hastalığın tedavisi için kullanılan ilaçların E.coli ribozom inhibitörü olarak kullanılabileceği ortaya çıkarılırsa, yüksek maliyetli ve uzun bir süreçten geçen ilaç geliştirme safhasına gerek kalmayacaktır. Bu yaklaşım daha sonra farklı bakterilere ve farklı patojenlere de uygulanabilecektir.