Inhibition of Mycobacterium tuberculosis tyrosine phosphatase PtpA by synthetic chalcones: Kinetics, molecular modeling, toxicity and effect on growth

Tuberculosis (TB) is a major cause of morbidity and mortality throughout the world, and it is estimated that one-third of the world`s population is infected with Mycobacterium tuberculosis. Among a series of tested compounds, we have recently identified five synthetic chalcones which inhibit the activity of M. tuberculosis protein tyrosine phosphatase A (PtpA), an enzyme associated with M. tuberculosis infectivity. Kinetic studies demonstrated that these compounds are reversible competitive inhibitors. In this work we also carried out the analysis of the molecular recognition of these inhibitors on their macromolecular target, PtpA, through molecular modeling. We observed that the predominant determinants responsible for the inhibitory activity of the chalcones are the positions of the two methoxyl groups at the A-ring, that establish hydrogen bonds with the amino acid residues Arg17, His49, and Thr12 in the active site of PtpA, and the substitution of the phenyl ring for a 2-naphthyl group as B-ring, that undergoes p stacking hydrophobic interaction with the Trp48 residue from PtpA. Interestingly, reduction of mycobacterial survival in human macrophages upon inhibitor treatment suggests their potential use as novel therapeutics. The biological activity, synthetic versatility, and low cost are clear advantages of this new class of potential tuberculostatic agents. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Molecular characterization of Mycobacterium massiliense and Mycobacterium bolletii in isolates collected from outbreaks of infections after laparoscopic surgeries and cosmetic procedures

An outbreak of infections affecting 311 patients who had undergone different invasive procedures occurred in 2004 and 2005 in the city of Belem, in the northern region of Brazil. Sixty-seven isolates were studied; 58 were from patients who had undergone laparoscopic surgeries, 1 was from a patient with a postinjection abscess, and 8 were from patients who had undergone mesotherapy. All isolates were rapidly growing nonpigmented mycobacteria and presented a pattern by PCR-restriction enzyme analysis of the hsp65 gene with BstEII of bands of 235 and 210 bp and with HaeIII of bands of 200, 70, 60, and 50 bp, which is common to Mycobacterium abscessus type 2, Mycobacterium bolletii, and Mycobacterium massiliense. hsp65 and. rpoB gene sequencing of a subset of 20 isolates was used to discriminate between these three species. hsp65 and rpoB sequences chosen at random from 11 of the 58 isolates from surgical patients and the postinjection abscess isolate presented the highest degrees of similarity with the corresponding sequences of M. massiliense. In the same way, the eight mesotherapy isolates were identified as M. bolletii. Molecular typing by pulsed-field gel electrophoresis (PFGE) grouped all 58 surgical isolates, while the mesotherapy isolates presented three different PFGE patterns and the postinjection abscess isolate showed a unique PFGE pattern. In conclusion, molecular techniques for identification and typing were essential for the discrimination of two concomitant outbreaks and one case, the postinjection abscess, not related to either outbreak all of which were originally attributed to a single strain of M. abscessus.

Structural studies of prephenate dehydratase from Mycobacterium tuberculosis H37Rv by SAXS, ultracentrifugation, and computational analysis

Tuberculosis (TB) is one of the most common infectious diseases known to man and responsible for millions of human deaths in the world. The increasing incidence of TB in developing countries, the proliferation of multidrug resistant strains, and the absence of resources for treatment have highlighted the need of developing new drugs against TB. The shikimate pathway leads to the biosynthesis of chorismate, a precursor of aromatic amino acids. This pathway is absent from mammals and shown to be essential for the survival of Mycobacterium tuberculosis, the causative agent of TB. Accordingly, enzymes of aromatic amino acid biosynthesis pathway represent promising targets for structure-based drug design. The first reaction in phenylalanine biosynthesis involves the conversion of chorismate to prephenate, catalyzed by chorismate mutase. The second reaction is catalyzed by prephenate dehydratase (PDT) and involves decarboxylation and dehydratation of prephenate to form phenylpyruvate, the precursor of phenylalanine. Here, we describe utilization of different techniques to infer the structure of M. tuberculosis PDT (MtbPDT) in solution. Small angle X-ray scattering and ultracentrifugation analysis showed that the protein oligomeric state is a tetramer and MtbPDT is a flat disk protein. Bioinformatics tools were used to infer the structure of MtbPDT A molecular model for MtbPDT is presented and molecular dynamics simulations indicate that MtbPDT i.s stable. Experimental and molecular modeling results were in agreement and provide evidence for a tetrameric state of MtbPDT in solution.

Thiosemicarbazones, semicarbazones, dithiocarbazates and hydrazide/hydrazones: Anti-Mycobacterium tuberculosis activity and cytotoxicity

The aim of this study was to identify a candidate drug for the development of anti-tuberculosis therapy from previously synthesized compounds based on the thiosemicarbazones, semicarbazones, dithio-carbazates and hydrazide/hydrazones compounds. The minimal inhibitory concentration (MIC) of these compounds against Mycobacterium tuberculosis was determined. Their in vitro cytotoxicity to J774 cells (IC(50)) was determined to establish a selectivity index (SI) (SI = IC(50)/MIC). The best compounds were the thiosemicarbazones (2, 3 and 4) and the hydrazide/hydrazones (14, 15, 16 and 18). The results are comparable to or better than those of ""first line"" or ""second line"" drugs commonly used to treat TB, suggesting these compounds as anti-TB drug candidates. (C) 2010 Elsevier Masson SAS. All rights reserved.

Identificação e diferenciação do Mycobacterium tuberculosis pela amplificação do DNA das regiões intergênicas dos operons inhA e pIC

Entre as doenças causadas por bactérias do gênero Mycobacterium, a tuberculose por M. tuberculosis é a mais conhecida. O diagnóstico da doença é feito utilizando-se um conjunto de exames que possibilitam a identificação da mesma (WATT, 2000). Contudo, sabe-se que o diagnóstico combinado de microscopia direta e com o posterior isolamento em meio de cultivo é o “padrão-ouro”. A principal desvantagem desse método é que tal bactéria possui um crescimento lento (cerca de 8 semanas). Recentemente, a detecção de doenças através da técnica de reação em cadeia da polimerase (PCR) tem proporcionado avanços significativos no diagnóstico. O uso da amplificação específica de genes, para identificar a M. tuberculosis, tais como rDNA 16S, IS6110 ou a região intergênica senX3-regX3, tem apresentado algumas restrições, ao nível de confiabilidade e sensibilidade, para a aplicação da técnica de PCR. O presente estudo mostra a construção e a aplicação de um novo alvo para a aplicação da PCR no diagnóstico da tuberculose, baseado no ensaio da diferença de organização gênica do operon plcA, B e C diferenciando a M. tuberculosis das demais micobactérias. Neste trabalho, foram examinadas 273 amostras de pacientes com suspeita de tuberculose, sendo estas submetidas ao estudo comparativo da técnica de PCR versus cultivo (padrão ouro). A PCR amplificou fragmentos de 439pb. Os resultados mostram 93,7% de acurácia para PCR/Cultivo (p<000,1), 93,1% de sensibilidade com intervalo de confiança de 88,7-96,0 e especificidade de 96,4% com intervalo de confiança de 96,4-99,4. O valor da estatística Kappa (k) foi de 0,82 com erro padrão de 0,041, demonstrando um alinhamento quase perfeito para a verificação do grau de concordância entre os testes. Desta forma, o uso desta nova região para a amplificação da PCR se mostra uma importante e confiável ferramenta no diagnóstico específico da tuberculose. Outra região que compreende parte dos genes mbaA e inhA foi utilizada para diferenciar o Complexo tuberculosis do Complexo avium. Porém, novos experimentos serão necessários para o emprego desta região como uma ferramenta de diagnóstico.

Mycobacterium tuberculosis : Prevalência de cepas resistentes em indivíduos HIV-positivos

Resumo não disponível.

Biologia do gene pheA de Mycobacterium tuberculosis : clonagem, seqüenciamento e superexpressão do seu produto - a proteína prefenato desidratase

A Tuberculose (TB) é a principal causa de óbitos entre as doenças infecciosas causadas por um único agente. De acordo com a Organização Mundial da Saúde (OMS) o agente etiológico da TB no homem, o complexo Mycobacterium (M. tuberculosis, M. africanum, M. bovis) é responsável por cerca de 8 milhões de novas infecções e 3 milhões de mortes a cada ano no mundo. No começo da década de 80, a reemergência da TB em países em desenvolvimento deve-se à crescente incidência do Vírus da Imunodeficiência Humana (HIV), à falta de recursos para o tratamento desta doença e à proliferação de cepas resistentes a múltiplas drogas (MDR-TB). Esta situação criou a necessidade da busca por novos agentes antimicobacterianos capazes de reduzir o tempo de tratamento, melhorar a adesão dos pacientes ao mesmo e ser efetiva contra cepas MDR-TB. A via do chiquimato leva à biossíntese do corismato, o precursor de aminoácidos aromáticos, tirosina, triptofano e fenilalanina. A primeira reação na biossíntese de fenilalanina envolve a conversão de corismato a prefenato, catalisada pela corismato mutase. A segunda reação na biossíntese de fenilalanina é a descarboxilação e desidratação de prefenato a fenilpiruvato, catalisada pela prefenato desidratase. Embora ausente em mamíferos, esta via está presente em bactérias, algas, fungos, plantas e parasitos do Phyllum Apicomplexa. Esta rota é essencial em M. tuberculosis e, portanto, suas enzimas representam alvos potenciais para o desenvolvimento de novas drogas antimicobacterianas. O objetivo deste trabalho foi estudar o gene pheA da linhagem de M. tuberculosis H37Rv e seu produto, a enzima prefenato desidratase Para isso, DNA genômico de M. tuberculosis H37RV foi extraído e o gene pheA foi amplificado pela técnica de PCR, clonado no vetor de expressão pET-23a(+), seqüenciado e superexpresso em células de Escherichia coli BL21(DE3). Os resultados obtidos confirmaram a região predita para o gene pheA, que foi amplificado com sucesso, mostrando 963 pb, sendo que a presença de 10% dimetil sulfoxido (DMSO) mostrou ser essencial para permitir a desnaturação do DNA rico em bases G-C. Análise da seqüência nucleotídica pelo método de Sanger confirmou a identidade do gene clonado e demonstrou que nenhuma mutação foi introduzida pelos passos de PCR e clonagem. A enzima prefenato desidratase foi superexpressa em células de E. coli BL21(DE3) eletroporadas com pET-23a(+)::pheA. Análise por SDS-PAGE mostrou expressão significativa de uma proteína com aproximadamente 33kDa, estando de acordo com a massa molecular esperada para a prefenato desidratase. A proteína recombinante foi superexpressa sem a adição de IPTG, e a presença da proteína pôde ser detectada em todos os intervalos de tempo testados (6, 9 e 24 horas depois da OD600nm alcançar o valor de 0,5). Foi realizado ensaio enzimático com a prefenato desidratase de acordo com Gething et al. (1976) utilizando prefenato de bário como substrato e coeficiente de extinção molar de 17.500 a 320 nm para calcular a concentração de fenilpiruvato. Houve um aumento de 1766 vezes na atividade específica da prefenato desidratase no extrato bruto da proteína recombinante em relação ao controle, no qual o vetor pET23a(+) sem o gene pheA foi introduzido em células de E. coli BL21(DE3).

Leukotrienes are not essential for the efficacy of a heterologous vaccine against Mycobacterium tuberculosis infection

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Anti-Mycobacterium tuberculosis activity of fungus Phomopsis stipata

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Drug resistance in Mycobacterium tuberculosis clinical isolates from Brazil: Phenotypic and genotypic methods

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Synthesis and in vitro anti Mycobacterium tuberculosis activity of a series of phthalimide derivatives

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Thiosemicarbazones, semicarbazones, dithiocarbazates and hydrazide/hydrazones: Anti-Mycobacterium tuberculosis activity and cytotoxicity

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Vanadium complexes with thiosemicarbazones: Synthesis, characterization, crystal structures and anti-Mycobacterium tuberculosis activity

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Rapid detection of resistance to pyrazinamide in Mycobacterium tuberculosis using the resazurin microtitre assay

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)