37
Pamela Dominique de Oliveira Renato Massaharu Hassunuma Patrícia Carvalho Garcia Sandra Heloísa Nunes Messias Antraz Estrutura Bioquímica e Patogenia das Toxinas

Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

  • Upload
    others

  • View
    3

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

Pamela Dominique de OliveiraRenato Massaharu Hassunuma

Patrícia Carvalho GarciaSandra Heloísa Nunes Messias

Antraz Estrutura Bioquímica e Patogenia das Toxinas

Page 2: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

Pamela Dominique de OliveiraAluna de Graduação do Curso de Biomedicina da

Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru

Renato Massaharu HassunumaProfessor Titular do Curso de Biomedicina daUniversidade Paulista - UNIP, campus Bauru

Patrícia Carvalho GarciaCoordenadora Auxiliar do Curso de Biomedicina da

Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru

Sandra Heloísa Nunes Messias Coordenadora Geral do Curso de Biomedicina da

Universidade Paulista – UNIP

1ª. Edição / 2020Bauru, SP

Antraz Estrutura Bioquímica e Patogenia das Toxinas

Page 3: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

© Renato Massaharu Hassunuma.

Conselho Editorial:

PROFA. DRA. DANIELA PEREIRA CATANZARO

Doutora em Ciências, área de concentração: Biologia Oral pela Faculdade de Odontologia de Bauru (FOB) - Universidade de São Paulo (USP)

PROFA. DRA. MICHELE JANEGITZ ACORCI-VALÉRIO

Universidade Paulista – UNIP, campus Bauru

Design:

Renato Massaharu Hassunuma.

Créditos das figuras da capa e contracapa:

Figura desenvolvida a partir do arquivo 1tzo.pdb referente ao heptâmero do antígeno protetor do Bacillus anthracis determinado por técnica de difração de raios-X em resolução de 3,6Å, sendo utilizado o

software RasMol 2.7.5.2.

CIP – Brasil. Catalogação na Publicação

O482aAntraz: Estrutura bioquímica e patogenia

das toxinas. / Pamela Dominique de Oliveira,Renato Massaharu Hassunuma, Patrícia CarvalhoGarcia, Sandra Heloísa Nunes Messias. – Bauru.Canal 6, 2020.37 f. : color.

ISBN 978-65-86030-12-9

1. Antraz. 2. Toxinas bacterianas. 3.Bioquímica. I. Oliveira, Pamela Dominique de. II.Hassunuma, Renato Massaharu. III. Garcia,Patrícia Carvalho. IV. Messias, Sandra HeloísaNunes. V. Título

CDU: 616.002.35:577.1

Page 4: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

Nossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr.

Paschoal Laércio Armonia, Diretor do Instituto de Ciências da Saúde da Universidade Paulista - UNIP, pelo apoio fornecido ao Curso

de Biomedicina da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru no desenvolvimento de eventos, publicações e projetos de extensão.

Pamela Dominique de Oliveira

Prof. Dr. Renato Massaharu Hassunuma

Profa. Dra. Patrícia Carvalho Garcia

Profa. Dra. Sandra Heloísa Nunes Messias

Agradecimentos

Page 5: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

Sumário1. Bacillus anthracis ...................................................................................................................................................................................... 07

2. Antraz ....................................................................................................................................................................................................... 10

3. Diagnóstico do antraz .............................................................................................................................................................................. 13

4. Antraz e o bioterrorismo .......................................................................................................................................................................... 17

5. Toxinas do Bacillus anthracis ................................................................................................................................................................... 20

6. Antígeno protetor .................................................................................................................................................................................... 21

7. Heptâmero do antígeno protetor ............................................................................................................................................................. 23

8. Fator edema .............................................................................................................................................................................................. 25

9. Fator letal ................................................................................................................................................................................................. 27

10. Patogenia ................................................................................................................................................................................................ 29

Bibliografia e sugestões de leitura .............................................................................................................................................................. 32

Anexo 1: padrão de cores ............................................................................................................................................................................. 35

Anexo 2: scripts desenvolvidos para as figuras ........................................................................................................................................... 36

Page 6: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

Antraz Estrutura Bioquímica e Patogenia das Toxinas

Page 7: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

1. Bacillus anthracisO Bacillus anthracis é uma bactéria anaeróbica facultativa, em forma de bastonete, Gram positiva, de 1-1,5 x 3-10 μm de tamanho(figura 1) e formadora de esporos (figura 2). São patógenos comuns em animais de fazenda (por exemplo, cabritos, gados, carneiros ecavalos) e silvestres (como hipopótamos, elefantes e búfalo do Cabo) em contato com solo contaminado com a forma de esporo. É raroem seres humanos, ocorrendo principalmente por exposição à produtos animais (por exemplo, couro, carcaças e pelos) (Bacillus, 2019;Bush; Perez, 2017; McAdam, Sharpe, 2010).

O termo antraz, a doença causada pela bactéria, deriva da palavra grega para carvão, devido à formação de uma escara enegrecida emsua forma cutânea. A virulência do B. anthracis deve-se a presença dos plasmídeos pXO1 e pXO2. O plasmídeo pXO1 codifica asexotoxinas: antígeno protetor (codificado pelo gene pag), fator letal (codificado pelo gene lef) e fator de edema (codificado pelo genecya). Estas três proteínas organizam-se combinando antígeno protetor e fator edema ou antígeno protetor e fator letal, sendo que oantígeno protetor é o elemento que permite a entrada das demais toxinas nas células do hospedeiro (Spencer, 2003).

7

Antraz: estrutura bioquímica e patogenia das toxinas

Page 8: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

8

Figura 1 – Bacillus anthracis

Fonte: U.S. Army Medical Research Institute of Infectious Diseases photo. File:Anthrax cells.jpg. 2009 jul 08 [Acesso 2019 nov 28]. Disponível em:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Anthrax_cells.jpg. Imagem registrada em domínio público.

Antraz: estrutura bioquímica e patogenia das toxinas

Page 9: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

9

Figura 2 – Esporos do Bacillus anthracis

Fonte: Centers for Disease Control and Prevention. File:Anthrax spores (5940425745).jpg. 2016 sep 07 [Acesso 2019 nov 28]. Disponível em:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Anthrax_spores_(5940425745).jpg. Imagem registrada em domínio público.

Antraz: estrutura bioquímica e patogenia das toxinas

Page 10: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

2. AntrazO Bacillus anthracis causa uma doença denominada antraz ou carbúnculo, que pode ocorrer em três formas diferentes:

A. Antraz cutâneo: corresponde a 95% das infecções.

▪ O período de incubação dura de um a sete dias, podendo se estender por até 60 dias. Caracteriza-se pela formação inicial de umapápula indolor ou pruriginosa.

▪ O período prodrômico é caracterizado por uma pápula inflamatória que evolui em 48 horas para uma vesícula, que em seguidatransforma-se em uma pústula com centro amarelado.

▪ No período de estado, dois a três dias após a formação da lesão, forma-se a lesão característica da doença com úlcera com centroenegrecido e borda edemaciada e inflamada (figuras 3 e 4), acompanhada de linfadenipatia, febre discreta e bom estado geral.

▪ A evolução geralmente é espontânea com cicatrização e cura, com mortalidade de 10 a 20%. Raramente evolui para bacteremia;

B. Antraz inalado: os esporos inalados são levados por fagócitos até linfonodos causando mediastinite hemorrágica:

▪ O período prodrômico dura 1 a 6 dias, e se assemelha com uma infecção comum de vias aéreas superiores, com febre, tosse e dortorácica ou abdominal.

▪ No período de estado, ocorre início abrupto de febre elevada, hipóxia, sudorese e insuficiência respiratória.

▪ Frequentemente na evolução da doença, ocorre bacteremia, choque séptico e morte em 1 a 2 dias em 100% dos casos;

C. Antraz gastrointestinal: ocorre devido à ingestão de carne mal cozida contaminada. Ocorrem náuseas, febre, dor abdominal,vômito, diarreia sanguinolenta intensa. A mortalidade é de 50% (Brasil, 2005; Bush; Perez, 2017; McAdam, Sharpe, 2010).

10

Antraz: estrutura bioquímica e patogenia das toxinas

Page 11: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

11

Figura 3 – Lesão cutânea

Fonte: Centers for Disease Control and Prevention. File:Anthrax PHIL 2033.png. 2009 mar 30 [Acesso 2019 nov 28]. Disponível em:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Anthrax_PHIL_2033.png. Imagem registrada em domínio público.

Antraz: estrutura bioquímica e patogenia das toxinas

Page 12: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

12

Figura 4 – Lesão cutânea no pescoço

Fonte: Centers for Disease Control and Prevention. File:Cutaneous anthrax lesion on the neck. PHIL 1934 lores.jpg. 2009 mar 30 [Acesso 2019 nov 28].Disponível em: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cutaneous_anthrax_lesion_on_the_neck._PHIL_1934_lores.jpg. Imagem registrada em domíniopúblico.

Antraz: estrutura bioquímica e patogenia das toxinas

Page 13: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

3. Diagnóstico do antrazO diagnóstico do Bacillus anthracis pode ser feito por meio de :

▪ Anamnese: verificar história ocupacional e fatores de exposição;

▪ Coloração de Gram e cultura (figura 5): podem ser realizadas a partir de amostras de lesões cutâneas, líquido pleural, líquidocefalorraquidiano ou fezes;

▪ Biópsia (figura 6): de forma geral, as lesões por antraz são caracterizadas por áreas de necrose e inflamação exsudativa rica emneutrófilos e macrófagos. O diagnóstico é confirmado pela presença de cadeias de bactérias Gram-positivas de tamanho grande,localizadas no meio extracelular;

▪ Radiografia torácica (figura 7) ou tomografia computadorizada: o antraz inalado causa focos hemorrágicos na região domediastino, causando seu alargamento. Observa-se também a presença de linfonodos hilares e peribrônquicos hemorrágicos eaumentados;

▪ Punção lombar: em casos de sinais meníngeos ou de alterações no estado mental;

▪ Teste de anticorpos por imunofluorescência e reação em cadeia da polimerase (PCR) (Bush; Perez, 2017; McAdam, Sharpe, 2010).

13

Antraz: estrutura bioquímica e patogenia das toxinas

Page 14: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

14

Figura 5 – Cultura do Bacillus anthracis

Fonte: U.S. Army Medical Research Institute of Infectious Diseases photo. File:Anthrax culture.jpg. 2009 jun 20 [Acesso 2019 nov 28]. Disponível em:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Anthrax_culture.jpg. Imagem registrada em domínio público.

Antraz: estrutura bioquímica e patogenia das toxinas

Page 15: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

15

Figura 6 – Bacillus anthracis no liquor. Coloração de Gram.

Fonte: File:Gram Stain Anthrax.jpg. 2005 nov 25 [Acesso 2019 nov 28]. Disponível em: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gram_Stain_Anthrax.jpg.apud Jernigan JA et al. Bioterrorism-related inhalational anthrax: the first 10 cases reported in the United States. Emerg Infect Dis. 2001 Nov-Dec;7(6):933-44. Disponível em: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2631903/. Imagem registrada em domínio público.

Antraz: estrutura bioquímica e patogenia das toxinas

Page 16: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

16

Figura 7 – Radiografia de paciente infectado pelo Bacillus anthracis. As setas pretas apontam focos hemorrágicos no mediastino.

Fonte: File:Anthrax - inhalational.jpg. 2005 feb 19 [Acesso 2019 nov 28]. Disponível em: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Anthrax_-_inhalational.jpg. Imagem registrada em domínio público.

Antraz: estrutura bioquímica e patogenia das toxinas

Page 17: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

4. Antraz e o bioterrorismoO antraz ganhou repercussão na mídia devido aos ataques bioterroristas que ocorreram nos Estados Unidos em 2001. Inicialmente, trêscartas contaminadas com a bactéria foram enviadas pelo correio a um membro do congresso americano e duas para representantes demeios de comunicação. As três cartas estavam com datas de 11 de setembro de 2001, a mesma dos atentados contra alvos emWashington e Nova York. A primeira carta chegou ao âncora da NBC Tom Brokaw (Figura 8), que fez com que sua assistente ErinO’Connor de 38 anos contraísse a forma cutânea da doença (FBI, 2001).

O Centers for Disease Control and Prevention (CDC) classifica o antraz como um agente de bioterrorismo de categoria A, pois é de maiorrisco, pode ser rapidamente disseminado e transmitido, pode causar alta mortalidade, causar pânico público e necessita de açãoespecial para atendimento público, como vacinação em massa (figura 9). Nas práticas de bioterrorismo, os esporos são moídos em umpó fino, que os tornam uma potente arma biológica (McAdam, Sharpe, 2010).

17

Antraz: estrutura bioquímica e patogenia das toxinas

Page 18: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

18

Figura 8 – Primeira carta contaminada pelo Bacillus anthracis enviada por bioterroristas em 2001

Fonte: U.S. Army Medical Research Institute of Infectious Diseases photo. File:Anthrax cells.jpg. 2009 jul 08 [Acesso 2019 nov 28]. Disponível em:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Anthrax_cells.jpg. Imagem registrada em domínio público.

Antraz: estrutura bioquímica e patogenia das toxinas

Page 19: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

19

Figura 9 – Vacina contra o Bacillus anthracis

Fonte: Wood D. File:Anthrax vaccine for Airmen assigned to high-threat areas.jpg. 2017 jan 03 [Acesso 2019 nov 28]. Disponível em:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Anthrax_vaccine_for_Airmen_assigned_to_high-threat_areas.jpg. Imagem registrada em domínio público.

Antraz: estrutura bioquímica e patogenia das toxinas

Page 20: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

5. Toxinas do Bacillus anthracisExistem duas toxinas principais do B. anthracis, denominadas toxina edemaciante (EdTx) e toxina letal (LeTx). Cada uma delas éconstituída por duas subunidades proteicas A e B, que devem estar ligadas para exercer sua função. Na toxina edemaciante (EdTx), asubunidade A é constituída pelo fator edema (EF) e a subunidade B pelo antígeno protetor (PA). O EF corresponde à subunidade ativada EdTx, sendo responsável por induzir o acúmulo intracelular de adenosina monofosfato cíclico (cAMP), o qual provocaextravasamento de líquido para o meio extracelular. Esta saída de líquidos causa o edema característico da lesão do carbúnculo (Prince,2003).

Na toxina letal (LeTx), a subunidade A é composta por uma proteína denominada fator letal (LF) e a subunidade B pelo antígenoprotetor (PA) (Prince, 2003). A LeTx interage diretamente com células do sistema imunológico, principalmente macrófagos, induzindo aliberação de mediadores pró-inflamatórios, tais como o fator de necrose tumoral-α (TNF-α) e a interleucina-1β (IL-1β), desencadeandouma intensa resposta inflamatória. O LF corresponde à subunidade ativa da LeTX, sendo capaz de clivar peptídeos como as proteínas-cinase ativadas por mitógenos (MAPKK). A inativação das MAPKKs levam à inibição da proliferação e diferenciação celular das células-alvo, além de estímulo à apoptose (Silva; Horta; Alencastro; Pinto, 2009).

20

Antraz: estrutura bioquímica e patogenia das toxinas

Page 21: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

6. Antígeno protetorO antígeno protetor (PA) recebe esta denominação porque anticorpos produzidos contra esta proteína protegem animais contra a toxinae também por sua utilização em vacinas (McAdam, Sharpe, 2010). A estrutura do antígeno protetor pode ser observada na figura 10,sendo formada pelos seguintes domínios:

▪ Domínio 1 (em amarelo matiz): abrange os resíduos de aminoácidos 1 a 258. É formado por uma grande área formando umsanduíche de folhas beta preguedas, algumas outras folhas beta e alfa-hélices curtas. Observa-se também a presença de um par deíons cálcio (esferas em cinza) nesta região;

▪ Domínio 2 (em rosa matiz): abrange os resíduos de aminoácidos 259-487. É formado por um barril de folhas beta com topologia dechave grega modificada, um segundo conjunto de folhas beta e duas alfa-hélices;

▪ Domínio 3 (em azul matiz): abrange os resíduos de aminoácidos 488-595. É formado por uma folha beta pregueada formada por 4fitas e quatro alfa-hélices;

▪ Domínio 4 (em verde matiz): abrange os resíduos de aminoácidos 596-735. É formado por um sanduíche de folhas betas e três alfa-hélices (Petosa, Collier, Klimpel, Leppla, Liddington, 1997);

A figura 10 foi desenvolvida a partir do arquivo 1acc.pdb referente ao antígeno protetor do Bacillus anthracis determinado por técnicade difração de raios-X em resolução de 2,1Å, sendo utilizado o software RasMol 2.7.5.2. Mais informações sobre o padrão de cores docomando Colours e do padrão CPK encontram-se no anexo 1. O script desenvolvido para esta figura está apresentado no anexo 2.

21

Antraz: estrutura bioquímica e patogenia das toxinas

Page 22: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

22

Figura 10 – Antígeno protetor

Fonte: Os autores, 2019.

Domínio 1

Domínio 2

Domínio 3Domínio 4

Antraz: estrutura bioquímica e patogenia das toxinas

Page 23: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

7. Heptâmero do antígeno protetorApós ser ativado, sete cópias do antígeno protetor se unem para formar um heptâmero, com formato de anel, na superfície celular. Estaestrutura forma um pré-poro mediado pelo pH que permitirá a entrada dos fatores edema e letal no citoplasma da célula hospedeira(Lacy, Wigelsworth, Melnyk, Harrison, Collier, 2004; McAdam, Sharpe, 2010; Mourez et al., 2002; Nablo et al., 2013; Prince, 2003).

O heptâmero pode ser observado na figura 11, desenvolvida a partir do arquivo 1tzo.pdb referente ao heptâmero do antígeno protetordo Bacillus anthracis determinado por técnica de difração de raios-X em resolução de 3,6Å, sendo utilizado o software RasMol 2.7.5.2.Nesta figura, cada cópia do antígeno protetor encontra-se no modo spacefill e colorida em uma cor: vermelho, laranja, amarelo, verde,azul celeste, azul e púrpura. O script desenvolvido para esta figura está apresentado no anexo 2.

23

Antraz: estrutura bioquímica e patogenia das toxinas

Page 24: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

24

Figura 11 – Heptâmero do antígeno protetor

Fonte: Os autores, 2019.

Antraz: estrutura bioquímica e patogenia das toxinas

Page 25: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

8. Fator edemaO fator edema (EF) recebe este nome devido ao fato de causar o efluxo de água das células, causando o edema intersticial. Sua ação estáexplicada no Capítulo 9 – Patogenia. O fator edema pode ser observado na figura 12, desenvolvida a partir do arquivo 1k8t.pdbreferente ao fator edema do Bacillus anthracis determinado por técnica de difração de raios-X em resolução de 2,6Å, sendo utilizado osoftware RasMol 2.7.5.2.

Nesta figura, observa-se os domínios do fator edema:

▪ Domínio CA (em vermelho alaranjado): abrange os resíduos de aminoácidos 249-349 e 490-622. É formado por nove alfa-hélices,uma folha beta pregueada e uma fita beta;

▪ Domínio CB (em azul celeste): abrange os resíduos 350-489. Possui três alfa-hélices e duas folhas beta;

▪ Domínio helicoidal (em verde mar): abrange os resíduos 660-800. É formado por um conjunto de sete alfa-hélices;

▪ Área de conexão entre o domínio CA e o domínio helicoidal (em magenta): abrange os resíduos 635-659, onde são observadas duasfitas beta (Drum et al., 2002).

O script desenvolvido para esta figura está apresentado no anexo 2.

25

Antraz: estrutura bioquímica e patogenia das toxinas

Page 26: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

26

Figura 12 – Fator edema

Fonte: Os autores, 2019.

Domínio CA

Domínio CB

Domínio helicoidal

Área de conexão

Antraz: estrutura bioquímica e patogenia das toxinas

Page 27: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

9. Fator letalO fator letal (LF) recebe esta denominação devido ao fato de causar a morte celular por meio da destruição de proteínas-cinase ativadaspor mitógenos (MAPKK). Sua ação é melhor explicada no Capítulo 9 – Patogenia. O fator letal pode ser observado na figura 13,desenvolvida a partir do arquivo 1j7n.pdb referente ao fator letal do Bacillus anthracis determinado por técnica de difração de raios-Xem resolução de 2,3Å, sendo utilizado o software RasMol 2.7.5.2.

Nesta figura, observa-se os domínios do fator letal:

▪ Domínio I (em ciano): abrange os resíduos de aminoácidos 1-262. É formado por um conjunto de 12 alfa-hélices, 4 fitas betaformando uma folha pregueada, e mais 5 alfa-hélices e duas fitas beta espalhadas pelo domínio;

▪ Domínio II (em cinza): abrange os resíduos 263-297 e 385-550. Possui oito alfa-hélices e oito fitas beta;

▪ Domínio III (em marrom): abrange os resíduos 303-382 e é formado por um conjunto de 5 alfa-hélices;

▪ Domínio IV (em púrpura): abrange os resíduos 522-776, onde são observadas 12 alfa-hélices e quatro fitas beta (Pannifer et al.,2001).

O script desenvolvido para esta figura está apresentado no anexo 2.

27

Antraz: estrutura bioquímica e patogenia das toxinas

Page 28: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

28

Figura 13 – Fator letal

Fonte: Os autores, 2019.

Domínio I

Domínio II

Domínio III

Domínio IV

Antraz: estrutura bioquímica e patogenia das toxinas

Page 29: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

10. PatogeniaO processo de invasão do Bacillus anthracis em células hospedeiras está representado na figura 7:

A. O processo tem início a partir da ligação do antígeno protetor de 83 kDa (PA83) com o receptor de toxina de antraz (ATR);

B. A seguir ocorre a ligação do complexo PA83-ATR com a furina, uma protease presente na superfície celular;

C. A furina cliva a PA83, formando o fragmento PA63 que permanece ligado ao ATR e um fragmento 20kDa que é removido;

D. Ocorre a ligação de outros complexos PA63-ATR, formando um heptâmero (PA63)7;

E. Em seguida o fator edema de 89 kDa (EF) liga-se ao heptâmero (PA63)7, formando a toxina edemaciante (EdTx);

F. Esta ligação promove a endocitose, que traz a toxina para interior de um endossomo;

G. Ocorre uma redução no pH do endossomo que altera a conformação do heptâmero (PA63)7;

H. A partir dessa nova conformação o heptâmero (PA63)7 é utilizado como canal para entrada do EF no citossol;

I. No citoplasma, o EF liga-se à calmodulina (CaM) e ao íon cálcio (Ca2+);

J. O FE ativo converte a adenosina trifosfato (ATP) em monofosfato de adenosina cíclico (AMPc);

K. O AMPc é uma molécula sinalizadora que estimula o efluxo de água da célula, causando o edema intersticial;

L. O fator letal (LF) também pode-se ligar ao heptâmero (PA63)7, formando a toxina letal (LeTx)

M. Esta ligação promove a endocitose, que traz a toxina para interior de um endossomo;

N. Ocorre uma redução no pH do endossomo que altera a conformação do heptâmero (PA63)7;

29

Antraz: estrutura bioquímica e patogenia das toxinas

Page 30: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

O. A partir dessa nova conformação o heptâmero (PA63)7 é utilizado como canal para entrada do LF no citossol;

P. No citoplasma, o LF destrói as proteínas-cinase ativadas por mitógenos (MAPKK);

Q. A destruição das MAPKK promove a morte celular por mecanismos não conhecidos (McAdam, Sharpe, 2010; Mourez et al., 2002;Nablo et al., 2013; Prince, 2003).

30

Antraz: estrutura bioquímica e patogenia das toxinas

Page 31: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

Figura 7 – Patogenia das toxinas do Bacillus anthracis

Fonte: Autores, 2019. Adaptado de: Mourez M et al. 2001: a year of major advances in anthrax toxin research. Trends Microbiol [Internet]. 2002 Jun [acesso2019 nov 29];10(6):287-93. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0966842X02023697?via%3Dihub

PA83

ATR Furina

PA63

(PA63)7

EF LF

CaM Ca2+

MAPKK

31

Morte celular

ATP

AMPcEdema

H+

A

H+

B C D

E

F

G

H

I

J

K

L

M

N

O

P Q

Antraz: estrutura bioquímica e patogenia das toxinas

EdTx LeTx

Page 32: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

Referências e sugestões de leituraBacillus anthracis [Internet]. 2001 out 24 [acesso 2019 out 29]. Disponível em: https://pt.wikipedia.org/wiki/Bacillus_anthracis.

Brasil. Ministério da Saúde. Secretaria de Vigilância em Saúde. Guia de vigilância epidemiológica [Internet]. 6ª ed. Brasília: Ministérioda Saúde; 2005 [acesso 2019 nov 29]. Capítulo 6. Doenças: 127-777. Disponível em:http://portal.anvisa.gov.br/documents/33916/388729/Guia_Vig_Epid_novo2.pdf/99464018-d6d1-486b-853b-9871d6eff16f?version=1.0.

Bush LM, Perez MT. Antraz [Internet]. 2017 set [acesso 2019 out 30]. Disponível em: https://www.msdmanuals.com/pt-br/profissional/doen%C3%A7as-infecciosas/bacilos-gram-positivos/antraz.

Drum CL et al. Structural basis for the activation of anthrax adenylyl cyclase exotoxin by calmodulin. Nature [Internet]. 2002 Jan 24[acesso 2019 nov 30];415(6870):396-402. Disponível em: https://www.nature.com/articles/415396a.

France Presse. FBI revela o conteúdo das cartas contaminadas com antraz. Folha de S. Paulo [Internet]. 2001 out 24 [acesso 2019 out28]; Mundo. Disponível em: https://www1.folha.uol.com.br/folha/mundo/ult94u32205.shtml.

Hassunuma RM, Garcia PC, Messias SHN. Proteínas envolvidas em patologias: volume 1. 1ª ed. Bauru: Canal 6 Editora; 2017 [acesso2019 nov. 30]. 53p. Disponível em: http://www.canal6livraria.com.br/pd-4edf43-proteinas-envolvidas-em-patologias-v-1.html?ct=18bb3e&p=1&s=1.

Hassunuma RM, Garcia PC, Messias SHN. Proteínas envolvidas em patologias: volume 3. 1ª ed. Bauru: Canal 6 Editora; 2018 [acesso2019 nov. 30]. 53p. Disponível em: http://www.canal6livraria.com.br/pd-584ec5-proteinas-envolvidas-em-patologias-v-3.html?ct=18bb3e&p=1&s=1.

32

Antraz: estrutura bioquímica e patogenia das toxinas

Page 33: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

Lacy DB, Wigelsworth DJ, Melnyk RA, Harrison SC, Collier RJ. Structure of heptameric protective antigen bound to an anthrax toxinreceptor: a role for receptor in pH-dependent pore formation. Proc Natl Acad Sci U S A [Internet]. 2004 Sep 7 [acesso 2019 nov30];101(36):13147-51. Disponível em: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC516539/.

McAdam AJ, Sharpe AH. Doenças infecciosas. In: Kumar V, Abbas AK, Fausto N, Aster JC. Robbins e Cotran, bases patológicas dasdoenças. 8ª ed. Rio de Janeiro: Elsevier; 2010. p. 331-405.

Mourez M et al. 2001: a year of major advances in anthrax toxin research. Trends Microbiol [Internet]. 2002 Jun [acesso 2019 nov29];10(6):287-93. Disponível em: https://www.cell.com/trends/microbiology/fulltext/S0966-842X(02)02369-7?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0966842X02023697%3Fshowall%3Dtrue.

Nablo BJ et al. Anthrax toxin-induced rupture of artificial lipid bilayer membranes. J Chem Phys [Internet]. 2013 Aug 14 [acesso 2019nov 29];139(6):065101. Disponível em: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3751978/.

Pannifer AD. Crystal structure of the anthrax lethal factor. Nature [Internet]. 2001 Nov 8 [acesso 2019 nov 30];414(6860):229-33.Disponível em: https://www.nature.com/articles/n35101998.

Petosa C, Collier RJ, Klimpel KR, Leppla SH, Liddington RC. Crystal structure of the anthrax toxin protective antigen. Nature[Internet]. 1997 Feb 27 [acesso 2019 nov 30];385(6619):833-8. Disponível em: https://www.nature.com/articles/385833a0.

Prince AS. The host response to anthrax lethal toxin: unexpected observations. J Clin Invest [Internet]. 2003 Sep [acesso 2019 nov29];112(5):656-8. Disponível em: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC182215/.

33

Antraz: estrutura bioquímica e patogenia das toxinas

Page 34: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

Silva BV, Horta BAC, Alencastro RB, Pinto AC. Proteínas quinases: características estruturais e inibidores químicos. Quím. Nova[Internet]. 2009 fev 5 [acesso em 2019 dez 11];32(2):453-62. Disponível em:http://quimicanova.sbq.org.br/imagebank/pdf/Vol32No2_453_31-RV08232.pdf.

Spencer RC. Bacillus anthracis. J Clin Pathol [Internet]. 2003 Mar [acesso em 2019 nov 30];56(3):182-7. Disponível em:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1769905/.

34

Antraz: estrutura bioquímica e patogenia das toxinas

Page 35: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

Anexo 1: Padrão de cores

35

CorComando

para a corAmostra Valores RGB

Amarelo Yellow [255,255,0]

Amarelo matiz Yellowtint [246,246,117]

Azul Blue [0,0,255]

Azul celeste Skyblue [58,144,255]

Azul matiz Bluetint [175,214,255]

Branco White [255,255,255]

Ciano Cyan [0,255,255]

Cinza Grey [125,125,125]

Laranja Orange [255,165,0]

Magenta Magenta [255,0,255]

Marrom Brown [175,117,89]

Ouro Gold [255,156,0]

Preto Black [0,0,0]

Púrpura Purple [160,32,240]

Rosa Pink [255,101,117]

Rosa matiz Pinktint [255,171,187]

Rosa quente Hotpink [255,0,101]

Verde Green [0,255,0]

Verde azulado Greenblue [46,139,87]

Verde mar Seagreen [0,250,109]

Verde matiz Greentint [152,255,179]

Vermelho Red [255,0,0]

Vermelho alaranjado Redorange [255,69,0]

Violeta Violet [238,130,238]

Fonte: Adaptado de Bernstein HJ, Bernstein FC. Manual RasMol 2.7.5 [Internet]. 2009 jul 17 [Acesso em 2019 nov 14]. Disponível em:http://www.rasmol.org/software/RasMol_2.7.5_Manual.html.

Quadro 1 – Padrão de cores do Comando Colours

Elemento Cor Amostra Valores RGB

Carbono Cinza claro [200,200,200]

Oxigênio Vermelho [240,0,0]

Hidrogênio Branco [255, 255,255]

Nitrogênio Azul celeste [143,143,255]

Enxofre Amarelo [255,200,50]

Fósforo, Ferro e Bário Laranja [255,165,0]

Cloro, Boro Verde [0,255,0]

Bromo, Zinco, Cobre, Níquel Marrom [165,42,42]

Sódio Azul [0,0,255]

Magnésio Verde folha [34,139,34]

Cálcio, Manganês, Cromo, Alumínio, Titânio, Prata

Cinza escuro [128,128,144]

Flúor, Silício, Ouro Dourado [218, 165, 32]

Iodo Púrpura [160, 32, 240]

Lítio Vermelho tijolo [178, 34, 34]

Hélio Rosa [255, 192, 203]

Demais átomos Rosa profundo [255,20,147]

Quadro 2 – Padrão de cores do padrão CPK

Antraz: estrutura bioquímica e patogenia das toxinas

Page 36: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

Anexo 2: Scripts desenvolvidos para as figuras

36

Figura 10 – Antígeno protetorload 1acc.pdbwireframe offcartoonsselect 1-258colour yellowtintselect 259-487colour pinktintselect 488-595colour bluetintselect 596-735colour greentintselect caspacefill 200colour cpkrotate x 190translate y 3zoom 170

Figura 11 – Heptâmero do antígeno protetorload 1tzo.pdbwireframe offselect *a, *b, *c, *d, *e, *f, *ospacefillcolor redselect *bcolor orangeselect *ccolor yellowselect *dcolor greenselect *ecolor skyblueselect *fcolor blueselect *ocolor purplerotate y -71rotate x 13translate x 8translate y 16zoom 200

Figura 12 – Fator edemaload 1k8t.pdbwireframe offcartoonsselect 294-349, 490-622colour redorangeselect 350-489colour skyblueselect 660-800colour seagreenselect 623-659colour magentarotate x 90zoom 130

Figura 13 – Fator letalload 1j7n.pdbwireframe offselect 1-262cartoonscolour cyanselect 263-302, 385-551cartoonscolour greyselect 303-384cartoonscolour brownselect 552-776cartoonscolour purpleselect *bcartoons offrotate z 50rotate y 230translate x -5zoom 130

Antraz: estrutura bioquímica e patogenia das toxinas

Page 37: Apresentação do PowerPointNossos sinceros agradecimentos ao Prof. Aziz Kalaf Filho, Diretor da Universidade Paulista - UNIP, campus Bauru e Prof. Dr. Paschoal Laércio Armonia, Diretor

Em 2001, houve ataques de bioterrorismo que assustarama população dos Estados Unidos. Cartas anônimas eramenviadas pelo correio, contendo um misterioso póbranco. Descobriu-se que as cartas continham as toxinasdo bacilo do antraz, que quando inaladas, causavam umaforma pulmonar letal da doença. Este livro apresenta astoxinas do antraz, apresentado sua estrutura bioquímicae explicando como elas atuam na célula do indivíduohospedeiro.