Mmbrana plasmática.

Apresentação em tema: "Mmbrana plasmática."— Transcrição da apresentação:

1 Mmbrana plasmática

2 Proteínas transmembrana Filamentos de citoesqueleto
A membrana é um collage de proteinas e outras moléculas inseridas numa bicamada lipídca Fluído extracelular glicolipídeos Proteínas transmembrana The carbohydrates are not inserted into the membrane -- they are too hydrophilic for that. They are attached to embedded proteins -- glycoproteins. fosfolipideos Filamentos de citoesqueleto Colesterol?? Proteina Periférica Citoplasma

3 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

4 Bicamada lipídica Colesterol Sterol-like hopanóides
As bactérias não contém colesterol na membrana plasmática (exceto micoplasma) A maioria das bactérias contem hopanóides

5 Função da membrana plasmática
Permeabilidade seletiva Produção de energia Motilidade Remoção de detritos Formãção de endosporos Resistência a drogas

6 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 H2O aa Açúcar sal Exterior célula NH3

7 Bombas de efluxo e resistência a drogas

8 ANTIBIOTICO Alvo

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

10 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.

11 Fonte dos antibióticos

12 Cómo podemos atacar a uma bactéria patogênica
Alvos?

13 Alvos de antibióticos Chromosome Cell wall Ribosomes
Cytoplasmic membrane

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15 Exemplos de antibióticos
b-Lactam antibiotics (e.g., Penicillin): Transpeptidase crosslinks the peptidoglycan net in the cell wall of Gram-positive 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.

16 Antibiotic Mechanisms

17 Principais mecanismos de resistência a drogas
Inactivação Modificação ANTIBIOTICO Efluxo Impermeabilidade Protecção alvo Afinidade reduzida - mutações - recombinação - Modificação enzimática Substituição Amplificação

18 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.

19 Transdução e Transformação
Transdução: Virus transfere os genes. Transformação: DNA liberado pela bactéria é passado a outra (plasmídeos)

20 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

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25 Principais mecanismos de resistência a drogas
Inactivação Modificação ANTIBIOTICO Efluxo Impermeabilidade Protecção alvo Afinidade reduzida - mutações - recombinação - Modificação enzimática Substituição Amplificação

26 Espécies Gram-negativas com sistemas de efluxo conhecidos
Escherichia coli Salmonella Typhimurium Shigella dysenteriae Klebsiella pneumoniae Enterobacter aerogenes Serratia marcescens Proteus vulgaris Citrobacter freundii... Pseudomonas aeruginosa Pseudomonas putida Burkholderia cepacia Burkholderia pseudomallei Stenotrophomonas maltophilia Alcaligenes eutrophus... Haemophilus influenzae Campylobacter jejuni Helicobacter pylori Vibrio parahaemolyticus Vibrio cholerae Neisseria gonorrhoeae... As shown here on this slide, active efflux systems have been discovered in a growing number of Gram-negative species over the past ten years. Some of these mechanisms contribute to the natural resistance of the bacteria to antibiotics. Their overexpression may sometimes result in a significant increase in the resistance levels of these bacteria to substrate drugs. In addition, other efflux systems which are not produced by wild type-cells may also enhance the bacterial resistance to a variety of antibiotics following mutations in chromosomal genes or following the acquisition of plasmid borne genes. Bacteroides fragilis...

27 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

28 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

29 Structure of drug efflux systems
antibiotic antibiotic H+ Na+ H+ ATP ADP MFS, SMR Major Facilitator Superfamily (MFS) MATE Multi Antimicrobial Extrusion Family ABC RND, MFS, ABC Resistance/Nodulation Cell Division Family Major facilitator superfamily ATP pumps

30 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) Multi Antimicrobial Extrusion Family (MATE)

31 Bompa MDR AcrAB-TolC de E coli Proteínas: Transportadora AcrB
Adaptadora AcrA Canal TolC Murakami S. et al. Nature 2002, 419: 587

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

33 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 Acquisition of exogenous pump encoding genes Genes carried by mobile elements (plasmids, transposons, integrons)

34 Efflux pumps coded by mobile genetic elements
Species System Family Substrates E. coli TetA/B/E MFS Tc, Min E. coli CmlA MFS Cmp E. coli Flo MFS Cmp, Flo E. coli OqxAB-TolC RND Olaquindox, Cmp Tc: tetracycline; Min: minocycline; Cmp: chloramphenicol; Flo: florfenicol Only a few pumps of the MFS or the SMR seem to play a role in the development of resistance in Gram-negative pathogens With the notable exception of theTet proteins which are responsible for the resistance of many isolates to tetracycline, and perhaps the CmlA pump which has been shown to determine high-level chloramphenicol resistance in P. aeruginosa, the other systems listed here do not appear to be clinically significant These latter systems indeed don ’t efflux antibiotics but provide bacteria with a natural protection against a number of lipophilic inhibitors

35 Induction of acrAB-tolC expression
tetracycline chloramphenicol salicylate-acetylsalicylate benzoate stress... SoxSR oxidative stress MarROAB Rob bile salts  AcrAB EmrAB  Porin OmpF  TolC Other proteins tetracycliner chloramphenicolr quinolonesr erythromycinr solvants, pine oil... Mar regulon

36 Overexpression of acrAB and mtrCDE operons
_ (MppA) MarA MarR _ + SoxS SoxR - acrA acrB acrR MtrA Similarly, overexpression of the acrAB and the mtrCDE efflux operons in E. coli and N. gonorrhoeae is in part dependent upon mutations in the regulatory genes acrR and mtrR, respectively. In addition, mutations in the regulon MarRAB in E. coli may result in an increased expression of AcrAB in laboratory as well as in clinical resistant isolates. This demonstrates that a complex regulatory network exists in Gram-negative bacteria for the control of efflux systems + - mtrD mtrC mtrE mtrR multiple transferable resistance gene complex in Neisseria  mutations mdr

37 System AcrAB-TolC in E. coli
Antibiotics wild type AcrAB++ AcrAB- Nalidixic acid Norfloxacin nd Ofloxacin nd Ciprofloxacin nd Ampicillin Erythromycin > 512 < 2 - 8 Tetracycline Chloramphenicol Overexpression of the AcrAB-TolC system in E. coli is also associated with a modest increase in resistance to those antibiotics that diffuse rapidly across the outer membrane. Efflux mutants are still susceptible to substrates such as fq and ß-lactams, but become intermediate or resistant to nalidixic acid, tetracycline and chloramphenicol. In conclusion, the overexpression of this pump, if not associated with another mechanism of resistance, has a very limited impact on the MICs of drugs commonly used to treat E. coli infections

38 Interação entre mecanismos de resistência
Em bactérias Gram - Outer membrane permeability Other mechanisms Active efflux Clearly, the resistance levels conferred by all these systems are strongly dependent upon the presence of other resistance mechanisms Factors such as a low outer membrane permeability, target alterations or antibiotic inactivation may potentiate the effect of efflux pumps and dramatically increase the resistance to substrate drugs

39 Phenyl-Arginyl ß N-naphtylamide
Efflux inhibitors Phenyl-Arginyl ß N-naphtylamide

40 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

41 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!!!