Estudos de modelagem molecular e simulação computacional das atividades antimicrobianas de 1,3,4 oxadiazóis contra xanthomonas sp. patógenas em citrus e arroz

dc.contributor.advisorFreitas, Matheus Puggina de
dc.contributor.co-advisorCunha, Elaine Fontes Ferreira da
dc.contributor.refereeNunes, Cleiton Antonio
dc.contributor.refereePereira, Luciana Lopes Silva
dc.contributor.refereeAntunes, João Eustáquio
dc.contributor.refereeDaré, Joyce Karoline
dc.creatorFaria, Ingrid Vittoria Pereira
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/2268098006954782
dc.date.accessioned2026-04-07T18:29:44Z
dc.date.issued2026-03-04
dc.description.abstractXanthomonas is a genus of Gram-negative bacteria responsible for important plant diseases, affecting a wide range of agricultural crops. These phytopathogens cause, among other symptoms, leaf spots and impairment of plant development. Quantitative Structure–Activity Relationship (QSAR) is a computational chemistry approach aimed at understanding and predicting the biological properties of molecules based on their structural characteristics. In the present study, the MIA-QSAR methodology was employed to investigate the relationship between the structure of chemical compounds and their antibacterial activity against Xanthomonas axonopodis pv. citri (Xac), Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo), and Xanthomonas oryzae pv. oryzicola (Xoc). The developed models were used to design new antimicrobial agents targeting infections caused by these bacteria.For the set of molecules with anti-Xac activity, statistical models were constructed using the Partial Least Squares (PLS) method and validated both internally and externally. Molecular docking studies were also performed to elucidate possible pathogenicity mechanisms of Xac, a key step for the effective control of citrus canker. The anti-Xac model exhibited robust performance metrics (r² = 0.88; q² = 0.82; r²pred = 0.91), and MIA-plots highlighted the promising potential of certain fluorinated derivatives. Given the lack of previously reported biological targets for these compounds, molecular docking studies were conducted on three enzymes—enoyl-acyl carrier protein reductase (FabV), superoxide dismutase (SOD), and glutathione S-transferase (GST)—in order to propose a possible inhibition mechanism for 1,3,4-oxadiazoles. For molecules active against Xoc and Xoo, statistical models were developed using both PLS and Support Vector Machine (SVM) approaches, which were also internally and externally validated. Molecular docking and molecular dynamics studies were carried out to better understand the interactions between the compounds and their molecular targets. Although the PLS model showed moderate predictive ability, SVM regression demonstrated greater robustness and reliability in estimating the antibacterial potential of 1,3,4-oxadiazoles. The newly designed candidates exhibited predicted activities superior to those of the original dataset, particularly compounds containing a 2,4- dichlorophenyl substituent, which showed significant and dual antibacterial activity against Xoc and Xoo. Docking and molecular dynamics results corroborated the QSAR findings, highlighting the key structural features responsible for ligand–enzyme binding affinities. Keywords: MIA-QSAR; antibacterials; Xanthomonas; molecular docking; molecular dynamics.
dc.description.areastematicasdaextensaoMeio ambiente
dc.description.areastematicasdaextensaoTecnologia e produção
dc.description.areastematicasdaextensaoTrabalho
dc.description.concentrationQuímica/Bioquímica
dc.description.odsODS 2: Fome zero e agricultura sustentável
dc.description.odsODS 8: Trabalho decente e crescimento econômico
dc.description.odsODS 9: Indústria, inovação e infraestrutura
dc.description.odsODS 10: Redução das desigualdades
dc.description.odsODS 12: Consumo e produção responsáveis
dc.description.odsODS 13: Ação contra a mudança global do clima
dc.description.odsODS 15: Vida terrestre
dc.description.odsODS 17: Parcerias e meios de implementação
dc.description.researchLineQuímica aplicada a agricultura
dc.description.resumoXanthomonas é um gênero de bactérias Gram-negativas responsável por importantes doenças em plantas, afetando diversas culturas agrícolas. Esses fitopatógenos causam, entre outros sintomas, manchas foliares e comprometimento do desenvolvimento vegetal. A técnica de QSAR (Relação Quantitativa Estrutura–Atividade) consiste em uma abordagem de química computacional voltada à compreensão e à predição de propriedades biológicas de moléculas com base em suas características estruturais. No presente trabalho, empregou-se a metodologia MIA-QSAR para investigar a relação entre a estrutura de compostos químicos e sua atividade antibacteriana contra Xanthomonas axonopodis pv. citri (Xac), X. oryzae pv. oryzae (Xoo) e X. oryzae pv. oryzicola (Xoc). Os modelos desenvolvidos foram utilizados para o planejamento de novos agentes antimicrobianos voltados ao controle das infecções causadas por essas bactérias. Para o conjunto de moléculas com atividade anti-Xac, foram construídos modelos estatísticos pelo método de mínimos quadrados parciais (PLS), validados interna e externamente. Também foram realizados estudos de ancoragem molecular com o objetivo de elucidar possíveis mecanismos de patogenicidade da Xac, etapa fundamental para o controle efetivo do cancro cítrico. O modelo anti-Xac apresentou métricas robustas (r² = 0,88; q² = 0,82; r²pred = 0,91), e os gráficos MIA-plots evidenciaram o potencial promissor de determinados derivados fluorados. Diante da ausência de um alvo biológico previamente descrito para esses compostos, realizaram-se estudos de ancoragem molecular em três enzimas: enoil-acil carreador redutase (FabV), superóxido dismutase (SOD) e glutationa S-transferase (GST), a fim de propor um possível mecanismo de inibição dos 1,3,4-oxadiazóis. Para as moléculas com atividade contra Xoc e Xoo, foram construídos modelos estatísticos utilizando PLS e máquinas de vetores de suporte (SVM), também validados interna e externamente. Estudos de ancoragem e dinâmica molecular foram conduzidos para compreender as interações entre os compostos e seus alvos moleculares. Embora o modelo PLS tenha apresentado previsibilidade moderada, a regressão por SVM demonstrou maior robustez e confiabilidade na estimativa do potencial antibacteriano dos 1,3,4-oxadiazóis. Os novos candidatos projetados exibiram atividades preditas superiores às do conjunto de dados original, destacando-se compostos contendo o substituinte 2,4- diclorofenil, que apresentaram atividade antibacteriana significativa e simultânea contra Xoc e Xoo. Os resultados de ancoragem e dinâmica molecular corroboraram as análises de QSAR, evidenciando as principais características estruturais responsáveis pelas afinidades ligantes– enzima. Palavras-chave: MIA-QSAR; antibacterianos; Xanthomonas; ancoramento molecular; dinâmica molecular.
dc.description.sponsorshipCAPES
dc.description.tipodeimpactoSociais
dc.description.tipodeimpactoTecnológico
dc.description.tipodeimpactoEconômicos
dc.identifier.citationFARIA, Ingrid Vittoria Pereira. Estudos de modelagem molecular e simulação computacional das atividades antimicrobianas de 1,3,4 oxadiazóis contra xanthomonas sp. patógenas em citrus e arroz. 2026. 126 p. Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Lavras, 2026.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufla.br/handle/1/60679
dc.language.isopt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Lavras
dc.publisher.collegeInstituto de Ciências Naturais (ICN)
dc.publisher.countrybrasil
dc.publisher.departmentDepartamento de Química
dc.publisher.initialsUFLA
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação: Agroquímica
dc.relation.dadosabertosSim
dc.relation.urihttps://doi.org/10.1007/s42161-024-01823-9 https://doi.org/10.1007/s42161-024-01823-9
dc.rightsAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
dc.subjectMIA-QSAR
dc.subjectAntibacterianos
dc.subjectXanthomonas
dc.subjectAncoramento molecular
dc.subjectDinâmica molecular
dc.subject.cnpqQuímica
dc.titleEstudos de modelagem molecular e simulação computacional das atividades antimicrobianas de 1,3,4 oxadiazóis contra xanthomonas sp. patógenas em citrus e arroz
dc.title.alternativeMolecular modeling and computational simulation studies of the antimicrobial activities of 1,3,4 - oxadiazoles against pathogenic xanthomonas sp. In citrus and rice.
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