Modelagem molecular aliada ao aprendizado de máquina na busca por assinaturas de resistência a herbicidas em Acetolactato sintases (ALSs)

• Autor(a) principal: Letícia Xavier Silva Cantão
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/42713
• topic: Acetolactato sintases; ALS; Resistência a herbicidas; Aprendizado de máquina; Seleção de atributos; Biologia Computacional; Acetolactato Sintase; Resistência a Herbicidas; Aprendizado de Máquina

Aproximadamente 60% dos pesticidas utilizados em culturas de plantas são herbicidas destinados à eliminação de plantas daninhas. A enzima ALS ou acetohidroxiácido sintase (AHAS; EC 2.2.1.6) é alvo de inibição por cinco classes de herbicidas e está envolvida na via de biossíntese de aminoácidos de cadeia ramificada (valina, leucina e isoleucina). A exposição contínua desses herbicidas às culturas levou à evolução de plantas daninhas de biótipos resistentes a herbicidas. Esses biótipos apresentam geralmente resistência local-alvo, sendo documentadas mutações pontuais em várias espécies. O desenvolvimento de culturas de plantas resistentes aos herbicidas atuais (contribuindo para que apenas as plantas daninhas sejam atingidas) e o desenvolvimento de novos herbicidas se tornou extremamente necessário. Em busca por assinaturas de resistência a dois tipos de herbicidas (sulfoniluréias e imidazolinonas) em ALS, aqui atrelamos o aprendizado de máquina a dados de modelagem molecular de enzimas com a presença do inibidor, com e sem mutações. Simulações de dinâmica molecular, e outras técnicas de bioinformática estrutural foram levadas à técnicas de seleção de atributos utilizadas em aprendizado de máquina de forma a melhor discernir atributos da ALSs que separam resistentes e susceptíveis. Os resultados sugerem que o mecanismo de ganho ou não de resistência aos herbicidas com as mutações está ligado a mudanças tanto na dinâmica, rede de contatos e perfil energético no complexo proteína-ligante. Para a sulfoniluréia (SU) as alterações nestes atributos sugerem uma maior restauração da componente competitiva do inibidor na proteína em relação à imidazolinona (IMI), em consonância com a própria maior componente inibitória relatada na literatura para as SU comparado às IMI. Em enzimas com o inibidor imidazolinona, a resistência parece ter relação direta com modificações alostéricas, modificando estruturalmente a região dos cofatores. Em enzimas com o inibidor sulfonilureia o padrão de resistência sugere uma forte relação com a perda de afinidade pelo ligante. Os resultados aqui obtidos podem contribuir na elucidação de novos caminhos para a temática sustentável de plantas daninhas, culturas e herbicidas. Estes mesmos resultados também demonstram que o uso de aprendizado de máquina para encontrar padrões em meio a uma diversidade de dados retornados pela modelagem e dinâmica molecular é uma estratégia prontamente aplicável e eficaz.