Investigação in silico do potencial de despolimerases virais para uso em tratamento alternativo de infecções causadas por Klebsiella pneumoniae

Abstract

A resistência antimicrobiana é um dos maiores desafios globais em saúde pública, e Klebsiella pneumoniae se destaca por sua capacidade de resistir a carbapenêmicos e formar biofilmes, dificultando o tratamento. Nesse cenário, despolimerases virais representam alternativas terapêuticas promissoras por degradarem polissacarídeos da cápsula (CPS) e do exopolissacarídeo (EPS), favorecendo a ação de fagos e antimicrobianos. Este trabalho teve como objetivo empregar abordagens in silico para identificar genes candidatos a despolimerases putativas em genomas de fagos de K. pneumoniae. Foram utilizadas ferramentas como DepoScope, DePP e PhageDPO, que apontaram sete fagos candidatos (KP5, KP10, KP21, KP29, KP40 e KP62) contendo potenciais genes de despolimerase, posteriormente validados por homologia (HHPred) e análises estruturais (AlphaFold), revelando domínios compatíveis com famílias funcionais como pectin lyase, end tail spike e peptidase_S74, característicos de enzimas degradadoras de EPS e CPS. No âmbito experimental, foram conduzidas reações de PCR para amplificação de genes completos e domínios específicos, testando diferentes condições com Taq DNA polimerase e Pfu, testando diferentes condições enzimáticas e intensificadores (betaína, DMSO e formamida). Obtiveram-se resultados positivos para os fagos KP5, KP10, KP21 e KP29, sendo a betaína fundamental para superar moldes ricos em GC e estruturas secundárias. Em conjunto, o estudo estabeleceu um pipeline robusto que integra prospecção bioinformática e validação inicial em laboratório, reforçando o potencial das despolimerases como estratégia antivirulência no combate a infecções hospitalares causadas por K. pneumoniae multirresistente.

Antimicrobial resistance is one of the greatest global challenges in public health, and Klebsiella pneumoniae stands out for its ability to resist carbapenems and form biofilms, making treatment difficult. In this scenario, viral depolymerases represent promising therapeutic alternatives because they degrade capsule polysaccharides (CPS) and exopolysaccharides (EPS), favoring the action of phages and antimicrobials. This study aimed to use in silico approaches to identify candidate genes for putative depolymerases in K. pneumoniae phage genomes. Tools such as DepoScope, DePP, and PhageDPO were used, which identified seven candidate phages (KP5, KP10, KP21, KP29, KP40, and KP62) containing potential depolymerase genes, which were subsequently validated by homology (HHPred) and structural analyses (AlphaFold), revealing domains compatible with functional families such as pectin lyase, end tail spike, and peptidase_S74, characteristic of EPS and CPS degrading enzymes. In the experimental setting, PCR reactions were conducted to amplify complete genes and specific domains, testing different conditions with Taq DNA polymerase and Pfu, testing different enzymatic conditions and enhancers (betaine, DMSO, and formamide). Positive results were obtained for phages KP5, KP10, KP21, and KP29, with betaine being essential for overcoming GC-rich templates and secondary structures. Overall, the study established a robust pipeline that integrates bioinformatic prospecting and initial laboratory validation, reinforcing the potential of depolymerases as an antivirulence strategy in combating hospital infections caused by multidrug-resistant.