Simulação computacional visa potencializar protetores naturais da pele

Quando está em equilíbrio, nossa pele e seu microbioma formam uma parceria natural que ajuda a mantê-la saudável e a defende-la contra ameaças externas, como poluentes e germes que podem causar infecções. Alterações nessa associação (chamada de disbiose) podem levar a desequilíbrios no microbioma produzindo odor corporal, problemas de pele e, em casos mais extremos, condições médicas como eczema (ou dermatite atópica).

Além de abrigar seu microbioma, a pele é um órgão imunologicamente ativo que contribui para o sistema imunológico inato do nosso corpo com seu pH natural levemente ácido, resistência mecânica, lipídios e a produção natural – via células da pele – de materiais semelhantes a proteínas chamadas antimicrobianas peptídeos (AMPs). Juntos, eles formam a primeira linha de defesa contra micróbios causadores de infecções que pousam na pele.

A P&D da Unilever e sua rede global de parceiros de pesquisa vêm investigando o papel da imunidade da pele e dos AMPs há mais de uma década. A Unilever recorreu à IBM Research para desenvolver novas maneiras de entender, no nível molecular, como seus produtos interagem com AMPs para melhorar a atividade de defesa da pele.

A IBM e a Unilever, em colaboração com o STFC – que hospeda um dos Discovery Accelerators da IBM Research no Hartree Center, no Reino Unido – usou computação de alto desempenho e simulações avançadas no IBM Power10 para entender como os AMPs funcionam e traduzir seu conhecimento em produtos de consumo que aprimoram os efeitos desses peptídeos naturais de defesa1.

O trabalho com o Departamento de Informática Científica do STFC descobriu que aditivos de pequenas moléculas (compostos orgânicos de baixo peso molecular) podem aumentar a potência desses peptídeos de defesa que ocorrem naturalmente. Ao utilizar métodos avançados de simulação da IBM, em combinação com estudos experimentais da Unilever, eles também identificaram novos mecanismos moleculares específicos que poderiam ser responsáveis ​​por essa potência aprimorada.

Simulações de computador foram desenvolvidas para investigar como moléculas individuais interagem com membranas bacterianas em escala molecular e, assim, demonstrar os mecanismos biofísicos fundamentais em jogo. Os resultados dessas simulações foram comparados com os de extensos testes experimentais de laboratório realizados pela Unilever para confirmar as previsões computacionais.

“Este trabalho é um grande exemplo do poder da nossa colaboração contínua com a IBM e a Unilever, trabalhando em conjunto para explorar novas possibilidades para o setor de saúde e cuidados pessoais usando tecnologias digitais avançadas. Este é exatamente o tipo de trabalho que vamos continuar fazendo por meio do Hartree National Centre for Digital Innovation”, disse a Professora Katherine Royse, Diretora do STFC Hartree Centre.

“É inspirador ver a IBM, o STFC e a Unilever trabalhando juntos para aplicar o poder da computação de alto desempenho e desbloquear um novo nível de compreensão da defesa da pele”, disse Samantha Samaras, Global Vice President of Beauty and Personal Care R&D at Unilever.

Este trabalho permite entender como essas moléculas podem melhorar a higiene, mas também fornece uma compreensão mais profunda dos mecanismos moleculares responsáveis ​​pelo desempenho aprimorado do AMP, combinando sistemas de modelos simplificados e computação avançada que aceleraram radicalmente a avaliação da tecnologia. Espera-se que este trabalho consiga criar produtos inovadores e sustentáveis ​​que possam ajudar a nos proteger de patógenos tanto agora como no futuro.

A combinação dessas tecnologias permitiu que o método científico fosse sobrecarregado para promover a descoberta em um ritmo muito mais rápido, um processo que a IBM chama de descoberta acelerada. A equipe espera que seu trabalho possa ajudar a Unilever a entender melhor como aproveitar as MPAs em produtos futuros para ajudar inúmeras pessoas em todo o mundo por meio do desenvolvimento de produtos de higiene eficazes e sustentáveis, respeitando as regulamentações aplicáveis.

Para a IBM, esse trabalho também é o começo de um novo capítulo empolgante, pois explora como pode ajudar a acelerar a pesquisa de outros patógenos nocivos. Mais amplamente, este trabalho abre um novo caminho para descobrir potenciadores naturais de pequenas moléculas para amplificar a função de peptídeos antimicrobianos. Entender esses mecanismos e o processo que eles utilizam pode ser aplicado a outras pesquisas, por exemplo, na busca de novos antimicrobianos.