# S3-09
- **Datum izdelave**: 2026-05-13
- **Koda seminarja**: S3-09
## **Dihidrofolat reduktaza kot tarča antibiotikov**
Tvoj prijatelj, prav tako izjemno nadarjen znanstvenik, se ukvarja z odkrivanjem novih antibiotikov, s katerimi bi lahko učinkovito zdravili številne bolezni. Naletel je na težavo, saj se ne spozna na bioinformatiko in te prosi za pomoč pri analiziranju strukture, funkcije in evolucijskega razvoja encima dihidrofolat reduktaze. Za lažji začetek ti pošlje kratek povzetek kaj boš sploh preučeval.
#### Povzetek
Dihidrofolat reduktaza je ključen encim v presnovni poti sinteze folata, ki omogoča pretvorbo dihidrofolata v tetrahidrofolat. brez tetrahidrofolata ne bi prišlo do sinteze purinov in nekaterih pomembnih aminokislin. Ker so te molekule nujne za replikacijo DNA, je dihidrofolat reduktaza neposredno povezana z rastjo in delitvijo celic. Prav zaradi tega je encim postal popularna tarča antibiotikov.
V bakteriji *Staphylococcus aureus*, še posebej v meticilin-rezistentnem sevu COL (MRSA), ima dihidrofolat reduktaza dodatno klinično pomembnost. MRSA predstavlja globalni zdravstveni problem, saj kaže odpornost na številne antibiotike, vključno s trimetoprimom – inhibitorjem DHFR. Razumevanje strukture, funkcije, evolucije in mutacij DHFR v MRSA je zato ključno za razvoj novih terapevtskih pristopov.
### 1. Identifikacija encima
Ne veš kje točno bi začel z analizo, zato se najprej odločiš spoznati malo več o samem encimu. V `UniProt` najdi encim dihidrofolat reduktaza v *Staphylococcus aureus* (sev COL).
- Kakšna je dolžina aminokislinskega zaporedja?
- Kakšna je kratica tega encima?
- Iz koliko verig je sestavljen?
- Kaj pomeni iniciatorski metionin pred začetkom verige?
- S pomočjo orodja `ProtParam` izračunaj izoelektrično točko proteina in izračunaj kolikšen odstotek vseh aminokislin predstavljajo pozitivno nabite aminokisline?
- Zakaj misliš, da je dihidrofolat reduktaza pomembna tarča antibiotikov?
- Ali bi sprememba bazičnih aminokislin lahko vplivala na odpornost bakterij proti Trimetoprimu (negativno nabit pri fiziološkem pH)? Razloži.
### 2. Primerjava rezistentnega in občutljivega encima na Trimetoprim
V `NCBI protein` vpiši “Staphylococcus aureus dihydrofolate reductase Trimetoprim resistant” in izberi en zapis DHFR, za katerega je jasno navedeno, da je povezan z odpornostjo na Trimetoprim (običajno piše že v naslovu).
- Kje (v katerem delu) boš našel podatek, da je zapis res rezistenten na Trimetoprim?
Sedaj s pomočjo orodja EMBOSS naredi globalno primerjavo tvoje in odporne dihidrofolat reduktaze.
- Kakšen je odstotek identičnosti?
- Kaj lahko sklepamo glede na narejeno poravnavo? Ali je encim še vedno aktiven?
- Kako bi dizajniral nov antibiotik, ki bi ustavil delovanje encima?
### 3. Evolucijski razvoj
S pomočjo orodja `Clustal omega` in `Phylo.io` naredi filogenetsko drevo encima dihidrofolat reduktaze v različnih organizmih. Uporabi naslednje organizme: tvoj že preiskovani organizem (*Staphylococcus aureus*), človek, miš, prašič, *Escherichia coli*, *Salmonella typhimurium*, *Streptococcus pneumoniae*, *Aeromonas hydrophila*, *Staphylococcus haemolyticus* in *Staphylococcus epidermidis*. Pri vseh organizmih naj zraven piše “Dhfr”, “dfhr” ali “dfr”. Ko imaš v `Phylo.io` narisano filogenetsko drevo, ga še preoblikuj tako, da bodo veje izhajale iz *Staphylococcus aureus*.
- Ali je dihidrofolat reduktaza iz *Staphylococcus aureus* evolucijsko podobna človeški? Razloži.
- Kako bi lahko evolucijsko razliko med bakterijo in človekom uporabili pri zasnovi antibiotikov, ki delujejo na bakterije?
- Kakšna je evolucijska podobnost med *Staphylococcus aureus* in *Staphylococcus epidermidis*? Naredi še analizo zaporedja s točkovnim diagramom (`EMBOSS DOTMATCHER`) in argumentiraj rezultate.
### 4. Strukturna podobnost
V `Chimera X` naredi superpozicijo bakterisjske in človeške dihidroksifolat reduktaze. Uporabi PDB kodi 2W9H (*Staphylococcus aureus*) in 4KD7 (*Homo sapiens*). Pri obeh encimi izbriši vse ne standardne elemente (z izjemo Trimetoprima (TOP)), pri človeškemu pa izbriši še eno od verig. Zaradi večje preglednost ti predlagam, da vsako verigo pobarvaš.
```
open 2W9H
open 4KD7
actions -> residues -> all non standard –> delete sel [Pazi da ne izbrišeš TOP!]
select -> chain B -> delete sel
matchmaker #2 to #1
```
- Kakšno je ujemanje teh dveh proteinov?
- Ali se ligand lepo usede v aktivno mesto?
- Kakšne interakcije tvori Trimetoprim z encimom? Označi jih in poimenuj s katerimi aminokislinskimi ostanki interagira ligand.
Glavno vprašanje, ki ti ga je tvoj prijatelj na začetku zadal pa je: “Kako bi lahko kombinacija strukturne biologije, evolucijske analize in seveda bioinformatike pripomogel k razvoju naprednih antibiotikov, ki bi se težje izognili bakterijski rezistenci?”