Computer-assisted search for DNA gyrase inhibitors.

Niniejsza praca magisterska koncentruje się na gyrazie DNA i jej ligandach - enzymie specyficznym dla bakterii, który nie występuje w komórkach eukariotycznych. Gyraza DNA stanowi atrakcyjny cel dla nowych antybiotyków ze względu na jej unikalną rolę w bakteryjnym metabolizmie i brak występowania w komórkach ludzkich, co minimalizuje ryzyko efektów ubocznych. Przedmiotem badań była identyfikacja i synteza nowych inhibitorów miejsca wiążącego ATP tego enzymu, co pozwoliłoby na hamowanie jego działania i potencjalnie prowadziło do stworzenia nowej grupy antybiotyków. Praca została przeprowadzona we współpracy między Katedrą Technologii i Biotechnologii Środków Leczniczych UJCM, a grupą badawczą Profesora Eliasa Maccioniego na Uniwersytecie w Cagliari.Proces badawczy obejmował zaprojektowanie i dokowanie molekularne nowych ligandów, bazujących na strukturze spiro[indolino-3,2'-[1,3]dioksolan]-2-onu, ich modyfikacje strukturalne wynikające z analizy interakcji z docelowymi miejscami białkowymi oraz finalnie próby syntezy chemicznej. Najbardziej obiecujące struktury, zostały wytypowane w oparciu o zarejestrowane symulacje dynamiki molekularnej, które wykazały ich potencjalną zdolność do utrzymywania stałych interakcji w miejscu wiążącym ATP. Jako struktury wiodące wytypowano dwa ligandy: BB15-RS i BB31-RS. Próby syntezy tych struktur nie powiodły się, jednak uzyskane w ich toku informacje i doświadczenie zostaną wykorzystane w przyszłych próbach ich efektywnej syntezy, które zostaną przeprowadzone poza niniejszą pracą magisterską.

This thesis focuses on the study of DNA gyrase and its ligands, a bacterial-specific enzyme that is not present in eukaryotic cells. It is an attractive target for new antibiotics due to its unique role in bacterial metabolism and its lack of occurrence in human cells, which minimizes the risk of side effects. The object of this study was to identify and synthesise new inhibitors of the ATP-binding site of this enzyme, which would allow inhibition of its action and potentially lead to a new group of antibiotics.The work was carried out in collaboration between the Department of Technology and Biotechnology of Medicines at UJCM and the research group of Professor Elias Maccioni at the University of Cagliari.The research process involved the design and molecular docking of new ligands based on the structure of spiro[indoline-3,2'-[1,3]dioxolane]-2-one, their structural modifications resulting from analysis of interactions with protein target sites and, finally, chemical synthesis trials. The most promising structures were selected based on the recorded molecular dynamics simulations, which showed their potential ability to maintain stable interactions at the ATP-binding site. Two ligands: BB15-RS and BB31-RS, were selected as lead structures.Attempts to synthesize these structures were unsuccessful, but the data obtained are important for future trials of their effective synthesis, which will be carried out in further studies beyond this work.