Metronidazol direncine yol açan mutasyonların biyoinformatik analizi

Abstract

Helicobacter pylori enfeksiyonu, spiral şekilli Helicobacter pylori bakterisinin neden olduğu, mide veya ince bağırsağın üst kısmını etkileyen yaygın bir hastalıktır. Tedavi edilmediği takdirde, mide ülseri, gastrit ve nadiren mide kanseri gibi ciddi sağlık sorunlarına yol açabilir. Bu enfeksiyonun kontrol altına alınması ve bulaşmasının engellenmesi için antimikrobiyal ajanlar sıklıkla kullanılmaktadır. Bu ajanlardan biri olan metronidazol, diğer antibiyotikler ve mide asidi baskılayıcı ilaçlarla birlikte kombine tedavilerde sıkça kullanılmaktadır. Metronidazol, rdxA proteini aracılığıyla aktif metabolitlere dönüşerek bakteriyel DNA'ya zarar verir ve hücresel ölümüne neden olur. Ancak, rdxA genindeki mutasyonlar ilaca karşı direnç gelişimine yol açarak tedaviyi etkisiz hale getirebilmektedir. Bu çalışmada Helicobacter pylori rdxA enzimindeki tespit edilmiş -Leu62Val, Ala80Thr, Ala80Ser, Gly98Ser, Gly98Asn, Val204Ile, Tyr47Cys ve Ala67Thr- mutasyonlarının gerçekten direnç mekanizmalarını tetikleyip tetiklemediği ya da yalnızca genetik çeşitliliğe mi yol açtığı in silico yöntemlerle araştırılmıştır. Mutasyonların etkileri, homoloji modelleme, moleküler yerleştirme ve protein-ligand etkileşim analizi yöntemleri kullanılarak incelenmiştir. Elde edilen bulgular, bu mutasyonların protein yapısında hacim, polarite ve hidrojen bağı gibi fiziko-kimyasal özellikleri değiştirerek ligandın bağlanma enerjisinde belirgin düşüşe yol açtığını ortaya koymaktadır. Bu durum, protein-ligand komplekslerinde yapısal ve termodinamik dengenin bozulmasıyla vii metronidazolün bağlanma afinitesinin azalmasına sebep olarak olası ilaç direnci mekanizmalarına işaret etmektedir. Sonuç olarak, çalışma bulgularının ileri deneysel çalışmalar ve optimize edilmiş ilaç tasarım stratejilerinin geliştirilmesinde temel oluşturması beklenmektedir.

Helicobacter pylori infection, caused by the spiral-shaped Helicobacter pylori bacterium, is a common condition affecting the stomach or the upper part of the small intestine. If untreated, it can result in serious health issues such as peptic ulcers, gastritis, and, in rare cases, gastric cancer. Antimicrobial agents are commonly used to manage this infection and prevent its transmission. Among these, metronidazole is frequently utilized in combination therapies with other antibiotics and acid-suppressing drugs. Metronidazole combats Helicobacter pylori by converting into active metabolites via the rdxA protein, causing bacterial DNA damage and subsequent cell death. However, mutations in the rdxA gene can lead to drug resistance, rendering the treatment ineffective. This study employed in silico methods to investigate whether specific mutations in the Helicobacter pylori rdxA enzyme—Leu62Val, Ala80Thr, Ala80Ser, Gly98Ser, Gly98Asn, Val204Ile, Tyr47Cys, and Ala67Thr—trigger resistance mechanisms or merely contribute to genetic variability. The effects of these mutations were analyzed using homology modeling, molecular docking, and protein-ligand interaction analyses. The findings reveal that these mutations alter the protein's physicochemical properties, volume, polarity, and hydrogen bonding—thereby inducing a significant reduction in the ligand's binding energy. This phenomenon suggests that the disruption of structural and thermodynamic equilibrium in protein-ligand complexes leads to a decreased binding affinity of metronidazole, pointing to potential mechanisms of drug resistance. ix Consequently, the study's results are anticipated to provide a foundation for further experimental investigations and the development of optimized drug design strategies.