Genomic surveillance: a potential shortcut for effective Chagas disease management

Chagas disease is an enduring public health issue in many Latin American countries, receiving insufficient investment in research and development. Strategies for disease control and management currently lack efficient pharmaceuticals, commercial diagnostic kits with improved sensitivity, and vaccines. Genetic heterogeneity of Trypanosoma cruzi is a key aspect for novel drug design since pharmacological technologies rely on the degree of conservation of parasite target proteins. Therefore, there is a need to expand the knowledge regarding parasite genetics which, if fulfilled, could leverage Chagas disease research and development, and improve disease control strategies. The growing capacity of whole-genome sequencing technology and its adoption as disease surveillance routine may be key for solving this long-lasting problem.

Identificação in silico de enzimas isofuncionais não-homôlogas, um potencial reservatório de alvos terapêuticos / In silico identification of non-homologous enzymes isofuncionais, a potential reservoir of therapeutic targets

O estudo da reconstrução metabólica em diversos organismos expõe a existência de compostos cruciais para a sua sobrevivência. Dentre estes compostos, estão as enzimas, responsáveis pela catálise das reações bioquímicas em vias metabólicas. Diferentemente das enzimas homólogas, as enzimas análogas (também conhecidas como enzimas isofuncionais não homólogas) são capazes de catalisar as mesmas reações, mas sem apresentar similaridade de sequência significativa no nível primário e, possivelmente, com diferentes estruturas tridimensionais. Um estudo detalhado destas enzimas pode desvendar novos mecanismos catalíticos, adicionar informações sobre a origem e evolução de vias bioquímicas e revelar alvos potenciais para o desenvolvimento de drogas. Para muitas enfermidades causadas por parasitas, as opções terapêuticas permanecem ineficientes ou inexistentes, exigindo a busca de novos alvos. Estes podem ser proteínas específicas do parasita ausentes no hospedeiro ou compostos presentes em ambos, mas com estrutura tridimensional substancialmente diferente, como as enzimas análogas. A ferramenta AnEnPi, capaz de identificar, anotar e comparar enzimas homólogas e análogas, foi desenvolvida e utilizada para reconstruir computacionalmente as vias metabólicas de alguns organismos modelo, como os tripanossomatídeos. Uma análise mais focada no metabolismo de aminoácidos de T. cruzi identificou alvos promissores para o desenvolvimento de novas drogas. Além disso, uma revisão do metabolismo geral de T. cruzi foi realizada em outras vias metabólicas, levando em consideração esta nova abordagem de busca por potenciais alvos terapêuticos. Uma vez que a estrutura tridimensional é importante no estudo de analogia, a ferramenta MHOLline foi utilizada para a obtenção de modelos 3D a partir de homólogos, análogos e proteínas específicas de T. cruzi versus Homo sapiens. As estratégias utilizadas nesse trabalho apóiam o conceito de análise estrutural, juntamente com a análise funcional de proteínas, como uma interessante metodologia computacional para detectar potenciais alvos para o desenvolvimento de novas drogas.

A new approach for potential drug target discovery through in silico metabolic pathway analysis using Trypanosoma cruzi genome information

The current drug options for the treatment of chronic Chagas disease have not been sufficient and high hopes have been placed on the use of genomic data from the human parasite Trypanosoma cruzi to identify new drug targets and develop appropriate treatments for both acute and chronic Chagas disease. However, the lack of a complete assembly of the genomic sequence and the presence of many predicted proteins with unknown or unsure functions has hampered our complete view of the parasite's metabolic pathways. Moreover, pinpointing new drug targets has proven to be more complex than anticipated and has revealed large holes in our understanding of metabolic pathways and their integrated regulation, not only for this parasite, but for many other similar pathogens. Using an in silicocomparative study on pathway annotation and searching for analogous and specific enzymes, we have been able to predict a considerable number of additional enzymatic functions in T. cruzi. Here we focus on the energetic pathways, such as glycolysis, the pentose phosphate shunt, the Krebs cycle and lipid metabolism. We point out many enzymes that are analogous to those of the human host, which could be potential new therapeutic targets.

Identificação, classificação e anotação de enzimas análogas em tripanossomatídeos / Analogous enzymes identification, classification and notation in trypanosomatids

As enzimas são proteínas capazes de catalisar reações químicas. As enzimas análogas, ou formas alternativas de uma determinada função enzimática, são entidades bastante interessantes para o desenvolvimento de estudos sobre a evolução de genes e vias metabólicas porque possuem origem evolutiva independente. As enzimas análogas também representam potenciais alvos para drogas, muitas vezes ignorados e/ou subestimados devido aos próprios critérios de busca e seleção destes alvos, usualmente baseados na especificidade de funções enzimáticas e não na origem evolutiva das diferentes formas de uma determinada enzima.Neste trabalho, foi implementada uma ferramenta (AnEn?) capaz de: agrupar seqüências primárias protéicas e visualização dos mesmos; realizar buscas por similaridade via BLAST e/ou HMMER e reconstruir mapas metabólicos. Com esta ferramenta foi possível analisar dados sobre a presença/ausência de determinadas funções enzimáticas nos genomas de Trypanosoma cruzi, Trypanosoma brucei e Leishmania major. Estes dados foram compilados, armazenados e analisados. Além disso, foi estudada a variabilidade das vias metabólicas, levando em conta a existência de eventos de analogia entre os tripanossomatídeos e humanos. A ferramenta foi utilizada na compilação de uma lista de possíveis alvos para desenvolvimento de novas drogas.