Ligand-Induced structural changes in TEM‑1 probed by molecular dynamics and relative binding free energy calculations

The TEM family of enzymes has had a crucial impact on the pharmaceutical industry due to their important role in antibiotic resistance. Even with the latest technologies in structural biology and genomics, no 3D structure of a TEM- 1/antibiotic complex is known previous to acylation. Therefore, the comprehension of their capability in acylate antibiotics is based on the protein macromolecular structure uncomplexed. In this work, molecular docking, molecular dynamic simulations, and relative free energy calculations were applied in order to get a comprehensive and thorough analysis of TEM-1/ampicillin and TEM-1/amoxicillin complexes. We described the complexes and analyzed the effect of ligand binding on the overall structure. We clearly demonstrate that the key residues involved in the stability of the ligand (hot-spots) vary with the nature of the ligand. Structural effects such as (i) the distances between interfacial residues (Ser70−Oγ and Lys73−Nζ, Lys73−Nζ and Ser130−Oγ, and Ser70−Oγ−Ser130−Oγ), (ii) side chain rotamer variation (Tyr105 and Glu240), and (iii) the presence of conserved waters can be also influenced by ligand binding. This study supports the hypothesis that TEM-1 suffers structural modifications upon ligand binding.

Biochemical and structural characterization of β-lactamases tem-180 and tem-201

With the constant development of new antibiotics, selective pressure is a force to reckon when investigating antibiotic resistance. Although advantageous for medical treatments, it leads to increasing resistance. It is essential to use more potent and toxic antibiotics. Enzymes capable of hydrolyzing antibiotics are among the most common ways of resistance and TEM variants have been detected in several resistant isolates. Due to the rapid evolution of these variants, complex phenotypes have emerged and the need to understand their biological activity becomes crucial. To investigate the biochemical properties of TEM-180 and TEM-201 several computational methodologies have been used, allowing the comprehension of their structure and catalytic activity, which translates into their biological phenotype. In this work we intent to characterize the interface between these proteins and the several antibiotics used as ligands. We performed explicit solvent molecular dynamics (MD) simulations of these complexes and studied a variety of structural and energetic features. The interfacial residues show a distinct behavior when in complex with different antibiotics. Nevertheless, it was possible to identify some common Hot Spots among several complexes – Lys73, Tyr105 and Glu166. The structural changes that occur during the Molecular Dynamic (MD) simulation lead to the conclusion that these variants have an inherent capacity of adapting to the various antibiotics. This capability might be the reason why they can hydrolyze antibiotics that have not been described until now to be degraded by TEM variants. The results obtained with computational and experimental methodologies for the complex with Imipenem have shown that in order to this type of enzymes be able to acylate the antibiotics, they need to be capable to protect the ligand from water molecules.

Desenvolvimento de módulos para planeamento e controlo de execução de missões de veículos aéreos não tripulados

Com a evolução da tecnologia, os UAVs (unmanned aerial vehicles) são cada vez mais utilizados, não só em missões de risco para o ser Humano, mas também noutro tipo de missões, como é o caso de missões de inspeção, vigilância, busca e salvamento. Isto devese ao baixo custo das plataformas assim como à sua enorme fiabilidade e facilidade de operação. Esta dissertação surge da necessidade de aumentar a autonomia dos UAVs do projeto PITVANT (Projeto de Investigação e Tecnologia em Veículos Aéreos Não Tripulados), projeto de investigação colaborativa entre a AFA (Academia da Força Aérea) e a FEUP (Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto), relativamente ao planeamento de trajetórias entre dois pontos no espaço, evitando os obstáculos que intersetem o caminho. Para executar o planeamento da trajetória mais curta entre dois pontos, foi implementado o algoritmo de pesquisa A*, por ser um algoritmo de pesquisa de soluções ótimas. A área de pesquisa é decomposta em células regulares e o centro das células são os nós de pesquisa do A*. O tamanho de cada célula é dependente da dinâmica de cada aeronave. Para que as aeronaves não colidam com os obstáculos, foi desenvolvido um método numérico baseado em relações trigonométricas para criar uma margem de segurança em torno de cada obstáculo. Estas margens de segurança são configuráveis, sendo o seu valor por defeito igual ao raio mínimo de curvatura da aeronave à velocidade de cruzeiro. De forma a avaliar a sua escalabilidade, o algoritmo foi avaliado com diferentes números de obstáculos. As métricas utilizadas para avaliação do algoritmo foram o tempo de computação do mesmo e o comprimento do trajeto obtido. Foi ainda comparado o desempenho do algoritmo desenvolvido com um algoritmo já implementado, do tipo fast marching.