Промежуточный

Смет - это транскрипционный репрессорный белок 24,6 кДа, обнаруженный в патогенных бактериях stenotrophomonas maltophilia . SMET отвечает за регуляцию отточного насоса с множественной лекарственной резистентностью ( MDR ), SMEDEF, который дает устойчивость бактерий к нескольким антибиотикам, включая макролиды , TMP/SMX , ^{[ 1 ]} тетрациклин , хлорамфеникол , хинолоны и эритромицин . ^{[ 2 ]} SMET кодируется 223 п.н. вверх по течению от SMEDEF, с всего лишь 56 пар оснований между их участками начала транскрипции и перекрывающейся областью между промоторами . ^{[ 3 ]} Производство белка мат -кода подавляет собственную транскрипцию, наряду с вытоковым насосом, стерически препятствуя связыванию РНК -полимеразы с ДНК . Smedef был первым насосом MDR, обнаруженным у видов S. maltophilia . ^{[ 4 ]} Насос назван различными частями: SMEE, сам транспортер, который охватывает плазматическую мембрану , SMEF, белок на внешней части мембраны и SMED, мембранный слитый белок. На среде общего назначения и без селекторов гены для насосов MDR обычно не экспрессируются, а репрессор найден, связанный с ДНК. ^{[ 5 ]} Фактически, мутации в Спел, которые приводят к сверхэкспрессии SMEDEF, могут представлять собой проблемы с подготовкой к бактериям. ^{[ 6 ]} Тем не менее, эта сверхэкспрессия была выявлена в бактерии и может представлять угрозу для нашего здоровья.

Происхождение

Хотя большая часть недавней устойчивости к антибиотикам у бактерий обусловлена мутациями в генах для репрессоров, таких как SMET, SMEDEF и SMET, высоко консервативны в S. maltophilia . С. Мальтофилия естественным образом обнаруживают колонизирующие корни растений в воде и почве, а Спел играет эволюционную роль в выживании бактерий против флавоноидов, созданных растениями , которые действуют как эффекторы репрессора. Поскольку многие искусственные антибиотики являются растительными продуктами или связанными с ними производными, эта эволюционная роль Плюса также способствует характерной устойчивости к антибиотикам со стороны видов. Другими словами, SMET и SMEDEF не являются недавними признаками, приобретенными горизонтальным переносом генов из -за антибиотиков, но со временем возникли у S. maltophilia из -за селективного давления в их естественной среде обитания против растительных агентов. ^{[ 6 ]}

Структура

SMET - это гомодимер, как и многие другие белки в семействе TETR , в которых репрессор классифицируется. RMSD для субъединиц составляет 0,811Ц, что является признаком их структурного сходства. Смет изготовлен из 9 спиралей: α1, α2 и α3, а начало α4 ответственны за связывание ДНК в домене N-конца, в то время как остальные α4, α5, α6 и α7 образуют эффекторный связывающий карман в C- термин. α8 и α9 позволяют димеризации белка. Гидрофобные взаимодействия , силы ван-дер-ваальса , солевые мостики и водородные связи между аминокислотными остатками способствуют стабильности N-конце и его связи с С-конце. Эти взаимодействия также способствуют распознаванию эффектора белком, поскольку субъединицы должны взаимодействовать так, как упомянутые выше, чтобы вызвать конформационные изменения. На поверхности белка, в сайте эффекторного связывания и в месте связывания ДНК существуют гидрофобные остатки аминокислот. Поверхность белка заряжена, в то время как N-конце имеет общий положительный заряд. SMET показывает расширенные N и C Termini и гораздо меньший сайт связывания, около 630 Å, по сравнению с другими белками в том же семействе. Шесть аминокислотных остатков, которые выравнивают карман лиганда, имеют множественные конформации, которые позволяют различным эффекторам в различных ориентациях связываться с белком, способствуя диапазону эффекторов, которые индуцируется репрессором. ^{[ 2 ]}

Механизм

Спел связывается с регионом оператора , псевдопалиндромическим участком 28 п.н., обнаруженным во многих грамотрицательных бактериях , который перекрывает как промоторные области, так и SMEDEF. Этот сайт просто выше по течению до начала транскрипции SMED. Последовательность состоит из 2 инвертированных и перекрывающихся повторов, названных IR1 в кодирующей цепь и IR2 в его комплементе, к которому 4 белки СМЕТ могут связываться (2 на каждом повторении). Последовательность tgtatgt в IR1 необходима для связывания первого гомодимера. Это самая сильная связь между димерами и ДНК, и следующий гомодимер связывается с ДНК на кодирующей цепей. ^{[ 2 ]} K M _белка для этой области составляет около 1ум. ^{[ 5 ]} Затем третий гомодимер распознает аналогичную последовательность на дополнительной цепи и стабилизируется взаимодействиями, уже сделанными первыми гомодимерами, связывающимися с ДНК. Четвертый гомодимер связывает совместно. Это приводит к репрессии обоих генов путем блокирования РНК -полимеразы в ДНК. ^{[ 2 ]}

Расширение аминокислот на N-конце негативно заряжено и поддерживает тесное взаимодействие с остальной частью положительно заряженной термина. Для ДНК, которая отрицательно заряжена, связываться с белком, это расширение не должно препятствовать сайту связывания. Вот почему, когда эффектор связывается с белком, одним из характерных конформационных изменений является движение этого расширения. ^{[ 2 ]}

Выражение SMEDEF и SMET инициирует, когда эффектор, такой как тетрациклин , желчь, соли, желчи , ^{[ 3 ]} или триклозан , ^{[ 5 ]} связывается с карманом в домене С-конца, вызывая конформационные изменения в мотиве связывания ДНК N-конце, стабилизируя его. В случае триклозана 2 молекулы необходимы для связывания с доменом C-конца, чтобы это изменение произошло. ^{[ 5 ]} Это изменение конформации приводит к освобождению репрессора из оператора, чтобы выразить инициативы SMEDEF и SMET. ^{[ 2 ]}

Стабилизация N -конца в конечном итоге является тем, что приводит к диссоциации ПМЕТ от ДНК. Эта область сильно беспорядочна, но при связывании эффектора образуются новые взаимодействующие структуры между α6 и α7, а также α1 и α2. Это изменяет расстояние между спиралями α3, которые связываются с ДНК, делая их примерно на 10 Å длиннее, чем канавки в ДНК, к которой связываются спирали. ^{[ 5 ]}

Связанные белки и семейство

SMET является членом семейства TETR тетрациклиновых репрессоров и является гомодимером. Многие из его структурных особенностей напоминают особенности других белков в семействе TETR, таких как TGTR и QACR. ^{[ 2 ]} Белки семейства TETR имеют очень похожие мотивы связывания ДНК -спирали-спираль на N-конце, что способствует его функции в качестве репрессора. С-конец может варьироваться между белками в семействе, что обеспечивает специфичность. Хотя диапазон эффекторов отличается для каждого репрессора в семействе из -за этой специфичности, большинство молекул, которые действуют как эффекторные, имеют ароматическую структуру кольца . Наиболее похожим белком в семействе TETR для Спел - это TTGR, с RMSD 2,5 Å для 187 аминокислотных остатков. Другие подобные белки включают TETR из E.Coli и QACR из S.Aureus ^{[ 2 ]}.

SMET также классифицируется как часть с устойчиво-идуляцией ( RND класса отточных насосов ). Другими системами оттока RND, обнаруженными в S. maltophilia, являются Smeabc, Smegh, Smeijk, Smemn, SMEOP, SMEVWX и SMEYZ, которые способствуют устойчивости бактерий многим агентам.

Приложения

Мутации в Спел, ведущем к неспособности понижать регуляцию экспрессии SMEDEF, коррелировали с очень высоким уровнем устойчивости у S. maltophilia к антибиотикам. Антибиотики вынимают из клетки этими насосами, неспособные влиять на бактерии. ^{[ 3 ]} Мутации в Спел не только будут вызывать устойчивость к одному классу антибиотиков и лечения, но и многим, включая TMP-SMX, который используется для лечения широкого спектра бактериальных инфекций. ^{[ 1 ]} С тяжелым повседневным использованием биоцидов , отбор для устойчивой S. maltophilia и моментов с мутациями в белках, таких как SMet, вполне возможен. Биоциды, такие как триклозан, специфичный для SMEDEF, представляют собой ингредиенты в таких продуктах, как зубная паста, мыло и повседневная чистящая среда. Триклозан, в частности, снижает чувствительность бактерий к ципрофлоксацину . ^{[ 1 ]} Отбор для этих устойчивых бактерий может привести к вредному воздействию общественного здоровья. ^{[ 5 ]}

Другие факторы могут способствовать устойчивости S. maltophilia , такой как гены бета -лактамаз , аминогликозидные аминотрансферазы, инактивирующие ферменты эритромицина и другие насосы MDR, такие как SMEBC и SMEC. ^{[ 3 ]} Независимо от комбинации, устойчивость к мальтофилии антибиотикам была проблемой в условиях здравоохранения, поскольку инфекция бактерий обычно происходила в больницах. ^{[ 4 ]} Штаммы S. maltophilia также были обнаружены колонизацией в дыхательных путях пациентов с муковисцидозом , ^{[ 7 ]} а также у пациентов с бактериемией , эндокардитом и раком . ^{[ 5 ]}

Секвенирование мутантных и геномов дикого типа для Спел показало, что точечная мутация , LEU166GLN, была ответственна за предотвращение связывания SMET с ДНК путем изменения складывания белка, что приводит к сверхэкспрессии SMEDEF. Точный механизм, который это происходит, до сих пор неизвестен. ^{[ 3 ]}

Кроме того, SMET является важным белком, который нужно учитывать при одновременном рассмотрении использования биоцидов и антибиотиков. Когда S. maltophilia подвергается биоцидам, затем антибиотики, биоцид усиливает рост S. maltophilia . Биоцид действует как эффектор для увеличения экспрессии SMEDEF, что делает бактерии высоко устойчивыми к антибиотикам. ^{[ 5 ]}

Будущие исследования могут попытаться найти лекарства, которые изменят гибкость белка. Исследования репрессорных мутантов семейства TETR показали, что белки с мутацией, приводящей к разворачиванию на N-конце, позволяли репрессору оставаться связанными с ДНК даже в присутствии тетрациклина. Таким образом, создание лекарств, которые нацелены на структуру белка ПНЕ, могут снизить устойчивость бактерий к антибиотикам. Кроме того, отказ от хинолонов и развитие антибиотиков, у которых нет ароматической структуры кольца, может быть еще одним проспектом исследований. ^{[ 2 ]} Использование нескольких антибиотиков может быть чем -то, что врачам скоро придется прибегать к чаще. ^{[ 1 ]}

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} Брук, Джоанна (26 мая 2021 года). «Достижения в микробиологии Stenotrophomonas maltophilia» . Клинические обзоры микробиологии . 34 (3): E0003019. doi : 10.1128/cmr.00030-19 . PMC 8262804 . PMID 34043457 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон ^глин ^час ^я Эрнандес, Альваро; и др. (9 декабря 2008 г.). «Структурный и функциональный анализ SMET, репрессор стенотрофомоны Maltophilia Multidrug Efclux Smedef» . Журнал биологической химии . 284 (21): 14428–14438. doi : 10.1074/jbc.m809221200 . PMC 2682891 . PMID 19324881 - через PubMed.
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и Санчес, Патриция; и др. (Ноябрь 2002). «Клонирование и характеристика SMET, репрессора мультистофильного оттока Stenotrophomonas maltophilia smedef» . Антимикробные агенты и химиотерапия . 46 (11): 3386–3393. doi : 10.1128/aac.46.11.3386-3393.2002 . PMC 128709 . PMID 12384340 . S2CID 25600040 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Алонсо, Ана; и др. (Июнь 2001 г.). «Экспрессия мультидушного оттока насоса SMEDEF клиническими изолятами стенотрофомоны мальтофилии» . Антимикробные агенты и химиотерапия . 45 (6): 1879–1881. doi : 10.1128/aac.45.6.1879-1881.2001 . PMC 90562 . PMID 11353642 . S2CID 45413700 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон ^глин ^час Эрнандес, Альваро; и др. (30 июня 2011 г.). «Связывание триклозана с колючком, репрессором многодушечного оттока SMEDEF, вызывает устойчивость к антибиотикам при мальтофилии стенотрофомоны» . PLO -патогены . 7 (6): E1002103. doi : 10.1371/journal.ppat.1002103 . PMC 3128119 . PMID 21738470 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Гильермо, Гарсия-Леон; и др. (8 июля 2014 г.). «Функция SMEDEF, основной устойчивости к хинолонам, детерминантной мальтофилии стенотрофомоны, является колонизация корней растений» . Прикладная и экологическая микробиология . 80 (15): 4559–4565. Bibcode : 2014Apenm..80.4559G . doi : 10.1128/aem.01058-14 . PMC 4148791 . PMID 24837376 .
^ Брук, Джоанна (январь 2012 г.). «Stenotrophomonas maltophilia: новый глобальный оппортунистический патоген» . Клинические обзоры микробиологии . 25 (1): 2–41. doi : 10.1128/cmr.00019-11 . PMC 3255966 . PMID 22232370 . S2CID 4648658 .

[:3-1] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} Брук, Джоанна (26 мая 2021 года). «Достижения в микробиологии Stenotrophomonas maltophilia» . Клинические обзоры микробиологии . 34 (3): E0003019. doi : 10.1128/cmr.00030-19 . PMC 8262804 . PMID 34043457 .

[:0-2] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон ^глин ^час ^я Эрнандес, Альваро; и др. (9 декабря 2008 г.). «Структурный и функциональный анализ SMET, репрессор стенотрофомоны Maltophilia Multidrug Efclux Smedef» . Журнал биологической химии . 284 (21): 14428–14438. doi : 10.1074/jbc.m809221200 . PMC 2682891 . PMID 19324881 - через PubMed.

[:1-3] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и Санчес, Патриция; и др. (Ноябрь 2002). «Клонирование и характеристика SMET, репрессора мультистофильного оттока Stenotrophomonas maltophilia smedef» . Антимикробные агенты и химиотерапия . 46 (11): 3386–3393. doi : 10.1128/aac.46.11.3386-3393.2002 . PMC 128709 . PMID 12384340 . S2CID 25600040 .

[:2-4] Jump up to: ^а ^{беременный} Алонсо, Ана; и др. (Июнь 2001 г.). «Экспрессия мультидушного оттока насоса SMEDEF клиническими изолятами стенотрофомоны мальтофилии» . Антимикробные агенты и химиотерапия . 45 (6): 1879–1881. doi : 10.1128/aac.45.6.1879-1881.2001 . PMC 90562 . PMID 11353642 . S2CID 45413700 .

[:4-5] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон ^глин ^час Эрнандес, Альваро; и др. (30 июня 2011 г.). «Связывание триклозана с колючком, репрессором многодушечного оттока SMEDEF, вызывает устойчивость к антибиотикам при мальтофилии стенотрофомоны» . PLO -патогены . 7 (6): E1002103. doi : 10.1371/journal.ppat.1002103 . PMC 3128119 . PMID 21738470 .

[:5-6] Jump up to: ^а ^{беременный} Гильермо, Гарсия-Леон; и др. (8 июля 2014 г.). «Функция SMEDEF, основной устойчивости к хинолонам, детерминантной мальтофилии стенотрофомоны, является колонизация корней растений» . Прикладная и экологическая микробиология . 80 (15): 4559–4565. Bibcode : 2014Apenm..80.4559G . doi : 10.1128/aem.01058-14 . PMC 4148791 . PMID 24837376 .

[7] Брук, Джоанна (январь 2012 г.). «Stenotrophomonas maltophilia: новый глобальный оппортунистический патоген» . Клинические обзоры микробиологии . 25 (1): 2–41. doi : 10.1128/cmr.00019-11 . PMC 3255966 . PMID 22232370 . S2CID 4648658 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]