An Integrated Molecular Modeling with MPNN, MD Simulations, MM/PBSA, ADMET, and SHAP Analyses to Identify GyrB/PqsR Inhibitors Against  Pseudomonas aeruginosa

可解释性 计算生物学 化学 对接(动物) 结合亲和力 DNA旋转酶 数量结构-活动关系 分子动力学 生物信息学 分子模型 亲缘关系 立体化学 生物化学 组合化学 体内 计算化学 体外 结合位点 DNA 虚拟筛选 血浆蛋白结合 生物 蛋白质亚单位 药物发现 亲脂性 可转让性 生物物理学 结构-活动关系 毒性 药品
作者
Sandeep Poudel Chhetri,Sagar Singh Bhandari,Vishal Singh Bhandari,Tika Ram Lamichhane
出处
期刊:Advanced theory and simulations [Wiley]
卷期号:9 (2)
标识
DOI:10.1002/adts.202501747
摘要

Abstract Antibiotic resistance in Pseudomonas aeruginosa underscores the urgent need for new therapeutics targeting multiple bacterial pathways. In this study, a graph neural network‐driven framework is presented, integrating Message Passing Neural Networks (MPNNs) with atom‐level SHAP interpretability to predict antibacterial activity, complemented by clustering, molecular docking, and molecular dynamics simulations. From 96 structurally diverse candidates, two molecules‐ LIG61 (4‐[5‐(6‐acetyl‐5‐hydroxy‐4‐methyl‐2,8‐dioxo‐9,10‐dihydropyrano[2,3‐h]chromen‐10‐yl)furan‐2‐yl]benzoic acid) and LIG87 ([2‐[(2‐methylphenyl)methylidene]‐3‐oxo‐1‐benzofuran‐6‐yl] N , N ‐diphenylcarbamate)‐demonstrates inhibitory potential against DNA gyrase subunit B (GyrB) and the quorum‐sensing regulator PqsR. Docking reveals that both ligands establish key polar and hydrophobic interactions with experimentally validated residues, consistent with reported co‐crystal data. MD simulations confirm stable interactions of LIG61 and LIG87 with their targets, and subsequent MM/PBSA analysis yielded binding affinities of −9.94 and −16.89 kcal mol −1 for LIG61, and −17.84 and −29.23 kcal mol −1 for LIG87, toward GyrB and PqsR, respectively. Predicted acute toxicity indicates LD 50 values of 400 mg kg −1 for LIG61 and 500 mg kg −1 for LIG87, demonstrating a favorable toxicity profile. SHAP‐based atom‐level interpretation of the MPNN predictions further identified key hydroxyl, lactone, and aromatic moieties underpinning bioactivity. Together, these findings highlight computational framework capable of identifying dual inhibitors with atomistic insights, with the understanding that in vitro and in vivo studies are required for validation.
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