Mmbrana plasmática A membrana é um collage de proteinas e outras moléculas inseridas numa...

Mmbrana plasmática

A membrana é um collage de proteinas e outras moléculas inseridas numa bicamada

lipídcaFluído extracelular

Colesterol??

Citoplasma

glicolipídeos

Proteínas transmembrana

Filamentos de citoesqueletoProteina Periférica

fosfolipideos

• A composição lipídica afeta a flexibilidade da membrana

– % ácidos graxos insaturados nos fosfolipídeos . Mantém a membrana menos viscosa

– Organismos adaptados a temperatura – colesterol na membrana ajuda a manter a

flexibilidade

Bicamada lipídica

As bactérias não contém colesterol na membrana plasmática (exceto micoplasma)A maioria das bactérias contem hopanóides

Colesterol Sterol-like hopanóides

Função da membrana plasmática

• Permeabilidade seletiva• Produção de energia• Motilidade• Remoção de detritos• Formãção de endosporos• Resistência a drogas

Canais formados a traves da membrana

• Membrana fica semi-permeavél com canais de proteína– Canais específicos permitem o transporte

de material específico através da membrana celular.

Interior célula

Exterior célula

AçúcaraaH2O

salNH3

Bombas de efluxo e resistência a drogas

ANTIBIOTICO

Alvo

Resistência a drogas• Descoberta da penicilina 1929.• Sir Alexander Fleming.• contaminação acidental fungo.• Chineses, egípcios, os europeus usavam alimentos• mofados para tratar infecções

Muitas bacterias desenvolveram resistência aos antibióticos.80% dos Staphylococcus resistentes à penicilina."Superbactérias" resistentes a todos os antibióticos.Tuberculose multi-resistente.Mau uso de antibióticos acelera as taxas de resistência.

Fonte dos antibióticos

Cómo podemos atacar a uma bactéria patogênica

• Alvos?

Alvos de antibióticos

Chromosome

Cell wall

Cytoplasmic membrane

Ribosomes

Exemplos de antibióticos• -Lactam antibiotics (e.g., Penicillin):

– Transpeptidase crosslinks the peptidoglycan net in the cell wall of Gram-positive bacteria.

– The -lactam ring mimics a component of the cell wall to which transpeptidase binds, inhibiting the binding of transpeptidase.

– Bacterium lyse (rupture) because the cell wall is weakened.

• Disrupters of nucleic acid synthesis prevent bacterial cell division.– The antibiotic rifampin interferes with prokaryotic RNA polymerase. – Fluoroquinolones inhibit DNA gyrase.

• Disrupters of protein synthesis:– Aminoglycosides inhibit nucleic acid or protein synthesis in bacteria. – L-shaped molecules that fit into pockets of bacterial ribosomal RNA. – When they insert themselves into rRNA, they disrupt ribosomal structure.

– L-shaped pocket is specific to bacteria.

Antibiotic Mechanisms

Principais mecanismos de resistência a drogas

ANTIBIOTICO

alvo

Protecção

Afinidade reduzida- mutações- recombinação- Modificação enzimática

InactivaçãoModificação

EfluxoImpermeabilidade

SubstituiçãoAmplificação

Resistência adquirida

As bactérias não começam a vida resistentes a um antibiótico específico, mas podem adquirir resistência.

Evolução horizontal:Os genes da resistência passam a partir de uma cepa resistente a uma cepa não resistente, que confere resistência a este último.

Presença de um antibiótico é uma pressão seletiva.

Mecanismos de transferência de genes:Conjugação.Transdução.Transformação.

Transdução e Transformação

• Transdução: Virus transfere os genes.

• Transformação: DNA liberado pela bactéria é passado a outra (plasmídeos)

Transferência horizontal de genes

• Organismo transfere material genético para outra célula que não é sua descendente (≠ transferência vertical)

• Importante mecanismo na evolução e variabilidadegenética de procariotos

• Interações genéticas entre bactérias permitem a evolução de seus genomas mais rapidamente que as mutações apenas

Principais mecanismos de resistência a drogas

ANTIBIOTICO

alvo

Protecção

Afinidade reduzida- mutações- recombinação- Modificação enzimática

InactivaçãoModificação

EfluxoImpermeabilidade

SubstituiçãoAmplificação

Espécies Gram-negativas com sistemas de efluxo conhecidos

Escherichia coliSalmonella TyphimuriumShigella dysenteriaeKlebsiella pneumoniaeEnterobacter aerogenesSerratia marcescensProteus vulgarisCitrobacter freundii...

Pseudomonas aeruginosaPseudomonas putidaBurkholderia cepaciaBurkholderia pseudomalleiStenotrophomonas maltophiliaAlcaligenes eutrophus...

Haemophilus influenzaeCampylobacter jejuniHelicobacter pyloriVibrio parahaemolyticusVibrio choleraeNeisseria gonorrhoeae...

Bacteroides fragilis...

Estrutura dos sistemas bacterianos de efluxo

• Sistemas de um componente

– A maioria em espécies Gram positivas species (except Tet..E coli.)

– Transporta só um composto na membrana citoplasmática

– Determina a especificidade do substrato e resistência.

– Examples of such single-component efflux pumps include the transposon-

encoded tetracycline- and chloramphenicol-specific pumps, TetA and CmlA,

respectively (2,38), and the MDR pump MdfA, encoded in the chromosome

ofEscherichia coli 

Sistemas de três componentes (tripartitas)

– Exclusivamente em espécies Gram negativas

– Uma proteína transportadora

• Uma lipoproteína periplasmica adaptadora

• Um canal de proteína na membrana externa

• Resistência a várias drogas MDR

Fonte de energia

• Antiporters

– PMF transportadores (proton motive force)

– Na+-antibiotico antiporters

• Transportadores ABC

– Transportadores ABC- ATP binding cassette

– Hydrolisis de ATPem ADP + Pi

– Maioria em espécies Gram positivas

– Não é comum em bactérias como em cels

cancerígenas

Structure of drug efflux systems

H+

ATP ADP

antibiotic

MFS, SMRMajor Facilitator Superfamily (MFS)

MATEMulti Antimicrobial Extrusion Family

ABC RND, MFS, ABCResistance/Nodulation Cell Division FamilyMajor facilitator superfamilyATP pumps

Na+

antibiotic

H+

Transportadores de drogas

• Major Facilitator Superfamily (MFS)– Drug efflux

• 12 TMS transporters• 14 TMS transporters

– Active uptake/export• sugars...• amino acids, secondary metabolites...

• Small Multidrug Resistance Family (SMR)• 4 TMS transporters

• Resistance/Nodulation Cell Division Family (RND)• 12 TMS transporters

• Multi Antimicrobial Extrusion Family (MATE)• 12 TMS transporters

Murakami S. et al. Nature 2002, 419: 587

Bompa MDR AcrAB-TolC de E coliProteínas:Transportadora AcrBAdaptadora AcrACanal TolC

Murakami S. et al. Curr Opinion Struct. Biol. 2003, 13: 443

Genoma de E. coliSistemas de efluxo

• Codificadas por genes cromossomais– 37 putative drug transporters: 19 MFS, 3 SMR, 7 RND, 7 ABC,

1 MATE– 20 pumps are able to transport toxic/antibiotic molecules– 15-17 pumps may provide with some resistance to antibiotics

when overproduced from cloned genes (Nishino K et al. J. Bacteriol. 2001)

– Upregulation of a single pump may result in increased drug efflux

• Acquisition of exogenous pump encoding genes– Genes carried by mobile elements (plasmids, transposons,

integrons)

Efflux pumps coded by mobile genetic elements

Species System Family Substrates

E. coli TetA/B/E MFS Tc, MinE. coli CmlA MFS CmpE. coli Flo MFS Cmp, FloE. coli OqxAB-TolC RND Olaquindox, Cmp

Tc: tetracycline; Min: minocycline; Cmp: chloramphenicol; Flo: florfenicol

Induction of acrAB-tolC expression

tetracyclinechloramphenicol

salicylate-acetylsalicylatebenzoate

stress...

tetracycliner

chloramphenicolr

quinolonesr

erythromycinr

solvants, pine oil...

MarROABRob bile salts

SoxSR oxidative stress

AcrABAcrABEmrAB

Porin OmpFPorin OmpF TolCTolC

Other proteins

Mar regulon

Overexpression of acrAB and mtrCDE operons

mtrDmtrDmtrCmtrC mtrEmtrEmtrRmtrR

acrRacrRacrBacrBacrAacrA

--

mutations mdrmutations mdr

MtrAMtrA

++

++

MarAMarA

--

MarRMarR__ (MppA)

SoxSSoxS SoxRSoxR__

multiple transferable resistance gene complex in Neisseria 

System AcrAB-TolC in E. coli

Antibiotics wild type AcrAB++ AcrAB-

Nalidixic acid 4 - 6 8.5 - 32 0.6Norfloxacin 0.025 - 0.1 0.3 - 1.25 ndOfloxacin 0.06 - 0.07 0.25 - 0.3 ndCiprofloxacin 0.02 0.15 nd

Ampicillin 2 - 4 5 - 6 0.6 - 2Erythromycin 128 - 256 > 512 < 2 - 8Tetracycline 1.25 - 3 5 - 16 0.25 - 0.3Chloramphenicol 4 - 7.5 10 - 28 0.6

Active efflux

Outer membranepermeability

Other mechanisms

Interação entre mecanismos de resistênciaEm bactérias Gram -

Efflux inhibitors

Phenyl-Arginyl ß N-naphtylamide

Uso indiscriminado de Anitbióticos

> 40 por cento dos antibióticos produzidos a cada ano, nos EUA são utilizados em animais para o tratamento ou prevenção de infecções e em níveis baixos como promotores do crescimento no gado e aves de capoeira.

Antibióticos também são aplicados como aerossóis para árvores frutais, truta e fazendas de salmãopara controlar ou prevenir infecções bacterianas40 a 80% dos antibióticos utilizados são desnecessárias.

Uso excessivo de desinfetantes (ex. Hospitais)

Infecções virais não são curadas com antibióticos

ConclusõesNós temos um uso excessivo de antibióticos e, muitas vezes por negligencia paramos o uso do antibiótico antes do tempo prescrito, levando à disseminação da resistência aos antibióticos. Higiene pessoal

Lavar as mãos!!!