Mmbrana plasmática
A membrana é um collage de proteinas e
outras moléculas inseridas numa bicamada
lipídca
Fluído extracelular
glicolipídeos
fosfolipideos
Colesterol??
Proteínas transmembrana
Proteina
Periférica
Citoplasma Filamentos de citoesqueleto
• 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
Colesterol
Sterol-like hopanóides
As bactérias não contém colesterol na membrana plasmática (exceto micoplasma)
A maioria das bactérias contem 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
NH3
sal
H 2O
aa
Açúcar
Exterior célula
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
Ribosomes
Cytoplasmic membrane
Exemplos de antibióticos
•
b-Lactam antibiotics (e.g., Penicillin):
– Transpeptidase crosslinks the peptidoglycan net in the cell wall of Grampositive bacteria.
– The b-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
Inactivação
Modificação
ANTIBIOTICO
Efluxo
Impermeabilidade
Protecção
alvo
Substituição
Amplificação
Afinidade reduzida
- mutações
- recombinação
- Modificação enzimática
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 variabilidade
genética de procariotos
• Interações genéticas entre bactérias permitem a
evolução de seus genomas mais rapidamente que as
mutações apenas
Principais mecanismos de
resistência a drogas
Inactivação
Modificação
ANTIBIOTICO
Efluxo
Impermeabilidade
Protecção
alvo
Substituição
Amplificação
Afinidade reduzida
- mutações
- recombinação
- Modificação enzimática
Espécies Gram-negativas com
sistemas de efluxo conhecidos
Escherichia coli
Salmonella
Typhimurium
Shigella
dysenteriae
Klebsiella
pneumoniae
Enterobacter
Bacteroides fragilis...
aerogenes
Serratia


Pseudomonas aeruginosa
Pseudomonas putida
Burkholderia cepacia
Burkholderia pseudomallei
Stenotrophomonas maltophilia
Alcaligenes eutrophus...

Haemophilus influenzae
Campylobacter jejuni
Helicobacter pylori
Vibrio parahaemolyticus
Vibrio cholerae
Neisseria gonorrhoeae...

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 transposonencoded 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
antibiotic
antibiotic
H+
Na+
H+
ATP
MFS, SMR
MATE
Major Facilitator
Superfamily (MFS)
Multi Antimicrobial
Extrusion Family
ADP
ABC
RND, MFS, ABC
Resistance/Nodulation Cell
Division Family
Major facilitator superfamily
ATP pumps
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
Bompa MDR AcrABTolC de E coli
Proteínas:
Transportadora AcrB
Adaptadora AcrA
Canal TolC
Murakami S. et al. Nature 2002, 419: 587
Murakami S. et al. Curr Opinion Struct. Biol. 2003, 13: 443
Genoma de E. coli
Sistemas 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
Efflux pumps coded by mobile genetic elements
Species
System
E. coli
E. coli
E. coli
E. coli
TetA/B/E
CmlA
Flo
OqxAB-TolC
Family
MFS
MFS
MFS
RND
Substrates
Tc, Min
Cmp
Cmp, Flo
Olaquindox, Cmp
Tc: tetracycline; Min: minocycline; Cmp: chloramphenicol; Flo: florfenicol
Induction of acrAB-tolC
expression
tetracycline
chloramphenicol
salicylate-acetylsalicylate
benzoate
stress...
MarROAB
SoxSR
Rob
 Porin OmpF
 TolC
 AcrAB
EmrAB
Other proteins
Mar regulon
oxidative stress
bile salts
tetracycliner
chloramphenicolr
quinolonesr
erythromycinr
solvants, pine oil...
Overexpression of acrAB and
mtrCDE operons
_
MarA
(MppA)
MarR
_
+
-
SoxS
acrA
SoxR
acrB
acrR
MtrA
+
-
mtrC
mtrD
mtrE
mtrR
multiple transferable resistance gene
complex in Neisseria
mutations mdr
System AcrAB-TolC in E.
coli
wild type
AcrAB++
AcrAB-
4-6
8.5 - 32
0.6
Norfloxacin
0.025 - 0.1
0.3 - 1.25
nd
Ofloxacin
0.06 - 0.07
0.25 - 0.3
nd
Ciprofloxacin
0.02
0.15
nd
Ampicillin
2-4
5-6
0.6 - 2
Erythromycin
128 - 256
> 512
<2-8
Tetracycline
1.25 - 3
5 - 16
0.25 - 0.3
Chloramphenicol
4 - 7.5
10 - 28
0.6
Antibiotics
Nalidixic acid
Interação entre mecanismos de resistência
Em bactérias Gram -
Outer membrane
permeability
Other mechanisms
Active efflux
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 salmão
para controlar ou prevenir infecções bacterianas
40 a 80% dos antibióticos utilizados são desnecessárias.
Uso excessivo de desinfetantes (ex. Hospitais)
Infecções virais não são curadas com antibióticos
Conclusões
Nós 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!!!