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Mmbrana plasmática
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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
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• 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
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Bicamada lipídica
As bactérias não contém colesterol na membrana plasmática (exceto micoplasma)A maioria das bactérias contem hopanóides
Colesterol Sterol-like hopanóides
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Função da membrana plasmática
• Permeabilidade seletiva• Produção de energia• Motilidade• Remoção de detritos• Formãção de endosporos• Resistência a drogas
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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
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Bombas de efluxo e resistência a drogas
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ANTIBIOTICO
Alvo
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Resistência a drogas• Descoberta da penicilina 1929.• Sir Alexander Fleming.• contaminação acidental fungo.• Chineses, egípcios, os europeus usavam alimentos• mofados para tratar infecções
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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.
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Fonte dos antibióticos
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Cómo podemos atacar a uma bactéria patogênica
• Alvos?
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Alvos de antibióticos
Chromosome
Cell wall
Cytoplasmic membrane
Ribosomes
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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.
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Antibiotic Mechanisms
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Principais mecanismos de resistência a drogas
ANTIBIOTICO
alvo
Protecção
Afinidade reduzida- mutações- recombinação- Modificação enzimática
InactivaçãoModificação
EfluxoImpermeabilidade
SubstituiçãoAmplificação
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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.
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Transdução e Transformação
• Transdução: Virus transfere os genes.
• Transformação: DNA liberado pela bactéria é passado a outra (plasmídeos)
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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
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Principais mecanismos de resistência a drogas
ANTIBIOTICO
alvo
Protecção
Afinidade reduzida- mutações- recombinação- Modificação enzimática
InactivaçãoModificação
EfluxoImpermeabilidade
SubstituiçãoAmplificação
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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...
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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
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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
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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+
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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
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Murakami S. et al. Nature 2002, 419: 587
Bompa MDR AcrAB-TolC de E coliProteínas:Transportadora AcrBAdaptadora AcrACanal TolC
![Page 32: Mmbrana plasmática A membrana é um collage de proteinas e outras moléculas inseridas numa bicamada lipídca Fluído extracelular Colesterol?? Citoplasma](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051100/570638431a28abb8238f1baf/html5/thumbnails/32.jpg)
Murakami S. et al. Curr Opinion Struct. Biol. 2003, 13: 443
![Page 33: Mmbrana plasmática A membrana é um collage de proteinas e outras moléculas inseridas numa bicamada lipídca Fluído extracelular Colesterol?? Citoplasma](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051100/570638431a28abb8238f1baf/html5/thumbnails/33.jpg)
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)
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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
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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
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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
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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
![Page 38: Mmbrana plasmática A membrana é um collage de proteinas e outras moléculas inseridas numa bicamada lipídca Fluído extracelular Colesterol?? Citoplasma](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051100/570638431a28abb8238f1baf/html5/thumbnails/38.jpg)
Active efflux
Outer membranepermeability
Other mechanisms
Interação entre mecanismos de resistênciaEm bactérias Gram -
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Efflux inhibitors
Phenyl-Arginyl ß N-naphtylamide
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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
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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!!!