Jump to content

Вытяжной насос

(Перенаправлено с «Эффлюкса наркотиков »)

Белок TolC, компонент внешней мембраны трехчастного откачивающего насоса у Escherichia coli .
AcrB, другой компонент насоса, Escherichia coli .

Эффлюксный насос — это активный транспортер в клетках, который выводит нежелательный материал. Эффлюксные насосы являются важным компонентом бактерий, поскольку они способны удалять антибиотики. [1] Этим потоком также может быть перемещение тяжелых металлов, органических загрязнителей, соединений растительного происхождения, сигналов восприятия кворума, бактериальных метаболитов и нейротрансмиттеров . Все микроорганизмы, за некоторыми исключениями, имеют в геноме высококонсервативные последовательности ДНК, кодирующие откачивающие насосы. Эффлюксные насосы активно выводят вещества из микроорганизма в процессе, известном как активный отток, который является жизненно важной частью метаболизма ксенобиотиков . Этот активный механизм оттока отвечает за различные типы устойчивости к бактериальным патогенам внутри видов бактерий. Наибольшее беспокойство вызывает устойчивость к антибиотикам, поскольку микроорганизмы могут иметь адаптированные откачивающие насосы для отвода токсинов из цитоплазмы во внеклеточную среду. [2]

Системы оттока функционируют посредством энергозависимого механизма ( активного транспорта ) для откачивания нежелательных токсичных веществ через специальные насосы оттока. Некоторые системы оттока специфичны для лекарств, тогда как другие могут вмещать несколько лекарств с небольшими переносчиками множественной лекарственной устойчивости (SMR). [3] [4]

Эффлюксные насосы — белковые транспортеры, локализованные в цитоплазматической мембране всех видов клеток. Они являются активными переносчиками, а это означает, что для выполнения своей функции им требуется источник химической энергии. Некоторые из них являются первичными активными переносчиками, использующими гидролиз аденозинтрифосфата в качестве источника энергии, тогда как другие являются вторично активными переносчиками ( унипортеры , симпортеры или антипортеры ), в которых транспорт связан с разностью электрохимических потенциалов , создаваемой закачкой водорода или натрия ионов в клетку.

Бактериальный

[ редактировать ]

Бактериальные эффлюксные насосы подразделяются на пять основных суперсемейств в зависимости от их аминокислотной последовательности и источника энергии, используемого для экспорта их субстратов:

  1. Суперсемья главных фасилитаторов (MFS) [5]
  2. ABC Транспортеры [5]
  3. Малое семейство множественной лекарственной устойчивости (SMR) [5]
  4. Суперсемейство резистентных узелково-клеточных делений (RND) [5]
  5. Семейство мультиантимикробных экструзионных белков (MATE). [5]

Из них только суперсемейство ABC является первичными переносчиками, остальные являются вторичными переносчиками, использующими протонный или натриевый градиент в качестве источника энергии. В то время как MFS доминирует у грамположительных бактерий , семейство RND когда-то считалось уникальным для грамотрицательных бактерий. С тех пор они были найдены во всех крупных королевствах . [6]

Структура

[ редактировать ]

Эффлюксные насосы обычно состоят из откачивающего белка внешней мембраны , среднего периплазматического белка, белка внутренней мембраны и трансмембранного протока. Трансмембранный проток расположен на внешней мембране клетки. Проток также связан с двумя другими белками: белком периплазматической мембраны и интегральным мембранным транспортером. Белок периплазматической мембраны и белок внутренней мембраны системы связаны между собой и контролируют открытие и закрытие протока (канала). Когда токсин связывается с этим белком внутренней мембраны, белки внутренней мембраны запускают биохимический каскад, который передает сигналы белку периплазматической мембраны и белку внешней мембраны, чтобы открыть канал и вывести токсин из клетки. Этот механизм использует энергозависимое белок-белковое взаимодействие, которое генерируется переносом токсина на ион H+ переносчиком внутренней мембраны. [7] Полностью собранные структуры насоса AcrAB-TolC in vitro и in vivo были решены методами криоЭМ и криоЭТ. [8] [9]

Хотя антибиотики являются наиболее клинически важными субстратами откачивающих систем, вполне вероятно, что большинство откачивающих насосов имеют и другие естественные физиологические функции. Примеры включают в себя:

  • Система оттока AcrAB E. coli , физиологическая роль которой заключается в выкачивании желчных кислот и жирных кислот для снижения их токсичности. [10]
  • Насос Ptr семейства MFS у Streptomyces pristinaespiralis, по-видимому, является аутоиммунным насосом для этого организма, когда он включает выработку пристинамицинов I и II . [11]
  • Предполагается, что система AcrAB-TolC в E. coli играет роль в транспорте компонентов кальциевых каналов в мембране E. coli . [12]
  • Система MtrCDE играет защитную роль, обеспечивая устойчивость к фекальным липидам у ректальных изолятов Neisseria gonorrhoeae . [13]
  • Система оттока AcrAB Erwinia amylovora этого организма важна для вирулентности , колонизации растения (хозяина) и устойчивости к растительным токсинам. [14]
  • Компонент MexXY системы оттока нескольких лекарств MexXY-OprM P. aeruginosa индуцируется антибиотиками, воздействующими на рибосомы через продукт гена PA5471. [15]
  • Также было показано, что эффлюксные насосы играют роль в образовании биопленок . Однако субстраты для таких насосов и влияют ли изменения в их эффлюксной активности прямо или косвенно на образование биопленок, еще предстоит определить. [16]

Способность эффлюксных систем распознавать большое количество соединений, отличных от их природных субстратов, вероятно, связана с тем, что распознавание субстрата основано на физико-химических свойствах, таких как гидрофобность , ароматичность и ионизируемый характер, а не на определенных химических свойствах, как в классическом ферменте - субстрате или лиганд - рецептор узнавания. Поскольку большинство антибиотиков представляют собой амфифильные молекулы, обладающие как гидрофильными, так и гидрофобными свойствами, они легко распознаются многими откачивающими насосами. [ нужна ссылка ]

Влияние на устойчивость к противомикробным препаратам

[ редактировать ]

Влияние механизмов оттока на устойчивость к противомикробным препаратам велико; обычно это объясняется следующим:

  • Генетические элементы , кодирующие откачивающие насосы, могут кодироваться на хромосомах и/или плазмидах , способствуя тем самым как внутренней (естественной), так и приобретенной резистентности соответственно. В качестве внутреннего механизма устойчивости гены эффлюксной помпы могут выживать в агрессивной среде (например, в присутствии антибиотиков), что позволяет отбирать мутантов , которые сверхэкспрессируют эти гены. Расположение на переносимых генетических элементах, таких как плазмиды или транспозоны, также выгодно для микроорганизмов, поскольку позволяет легко распространять гены оттока между отдаленными видами. [17]
  • Антибиотики могут действовать как индукторы и регуляторы экспрессии некоторых откачивающих насосов. [15]
  • Экспрессия нескольких эффлюксных насосов у данного вида бактерий может привести к широкому спектру резистентности при рассмотрении общих субстратов некоторых эффлюксных насосов с несколькими лекарственными средствами, где один эффлюксный насос может придавать устойчивость к широкому спектру противомикробных препаратов. [2]

Эукариотический

[ редактировать ]

В эукариотических клетках существование откачивающих насосов было известно с момента открытия P-гликопротеина в 1976 году Джулиано и Лингом . [18] Эффлюксные насосы являются одной из основных причин устойчивости к противораковым лекарствам в эукариотических клетках. К ним относятся переносчики монокарбоксилатов (MCT), белки множественной лекарственной устойчивости (MDR), также называемые P-гликопротеинами, белки, ассоциированные с множественной лекарственной устойчивостью (MRP), пептидные переносчики (PEPT) и переносчики фосфата Na + (NPT). Эти транспортеры распределены вдоль определенных участков проксимальных канальцев почек, кишечника, печени, гематоэнцефалического барьера и других отделов головного мозга.

Ингибиторы

[ редактировать ]

В настоящее время проводится несколько испытаний по разработке лекарств, которые можно вводить одновременно с антибиотиками и действовать как ингибиторы экструзии антибиотиков, опосредованной оттоком. На данный момент ни один ингибитор оттока не одобрен для терапевтического применения, но некоторые из них используются для определения распространенности откачивающих насосов в клинических изолятах и ​​в исследованиях клеточной биологии . Верапамил , например, используется для блокирования опосредованного P-гликопротеином оттока ДНК-связывающих флуорофоров , тем самым облегчая сортировку флуоресцентных клеток на предмет содержания ДНК. Было показано, что различные натуральные продукты ингибируют бактериальные насосы оттока, включая каротиноиды капсантин и капсорубин . [19] флавоноиды ротенон и хризин , [19] и алкалоид лизергол . [20] Некоторые наночастицы , например оксид цинка , также ингибируют бактериальные насосы. [21]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Шарма А., Гупта В.К., Патания Р. (февраль 2019 г.). «Ингибиторы эффлюксной помпы бактериальных патогенов: от скамьи до постели» . Индийский J Med Res . 149 (2): 129–145. doi : 10.4103/ijmr.IJMR_2079_17 . ПМК   6563736 . ПМИД   31219077 .
  2. ^ Jump up to: а б Бланко П., Эрнандо-Амадо С., Реалес-Кальдерон Х.А., Корона Ф., Лира Ф., Алькальде-Рико М., Бернардини А., Санчес М.Б., Мартинес Х.Л. (февраль 2016 г.). «Бактериальные насосы для оттока нескольких лекарств: гораздо больше, чем просто факторы, определяющие устойчивость к антибиотикам» . Микроорганизмы . 4 (1): 14. doi : 10.3390/microorganisms4010014 . ПМК   5029519 . ПМИД   27681908 .
  3. ^ Бэй, округ Колумбия, Тернер Р.Дж. (2016). Маленькие откачивающие насосы для множественной лекарственной устойчивости . Швейцария: Международное издательство Springer. п. 45. ИСБН  978-3-319-39658-3 .
  4. ^ Сунь Дж, Дэн З, Ян А (октябрь 2014 г.). «Бактериальные насосы для оттока нескольких лекарств: механизмы, физиология и фармакологическое применение» . Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 453 (2): 254–67. дои : 10.1016/j.bbrc.2014.05.090 . ПМИД   24878531 .
  5. ^ Jump up to: а б с д и Дельмар Дж.А., Су CC, Ю EW (2014). «Бактериальные переносчики оттока нескольких лекарств» . Ежегодный обзор биофизики . 43 : 93–117. doi : 10.1146/annurev-biophys-051013-022855 . ПМК   4769028 . ПМИД   24702006 .
  6. ^ Любельски Дж., Конингс В.Н., Дриссен А.Дж. (сентябрь 2007 г.). «Распределение и физиология транспортеров ABC-типа, способствующих множественной лекарственной устойчивости бактерий» . Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 71 (3): 463–76. дои : 10.1128/MMBR.00001-07 . ПМК   2168643 . ПМИД   17804667 .
  7. ^ Угачукву П., Унекве П. (июль 2012 г.). «Сопротивление, опосредованное эффлюксным насосом, в химиотерапии» . Анналы исследований в области медицины и здравоохранения . 2 (2): 191–8. дои : 10.4103/2141-9248.105671 . ПМЦ   3573517 . ПМИД   23439914 .
  8. ^ Ван З, Фань Г, Хрик ЦФ, Блаза Ю.Н., Серышева И.И., Шмид М.Ф., Чиу В., Луизи Б.Ф., Ду Д (29 марта 2017 г.). «Аллостерический транспортный механизм для многолекарственного эффлюксного насоса AcrAB-TolC» . электронная жизнь . 6 . дои : 10.7554/eLife.24905 . ПМК   5404916 . ПМИД   28355133 .
  9. ^ Ши X, Чен М, Ю З, Белл Дж. М., Ван Х, Форрестер И, Вильярреал Х, Якана Дж, Ду Д, Луизи Б. Ф., Людтке С. Дж., Ван З (14 июня 2019 г.). «Конструкция и сборка эффлюксного насоса для нескольких лекарств AcrAB-TolC на месте» . Природные коммуникации . 10 (1): 2635. Бибкод : 2019NatCo..10.2635S . дои : 10.1038/s41467-019-10512-6 . ПМК   6570770 . ПМИД   31201302 .
  10. ^ Окусу Х., Ма Д., Никайдо Х. (январь 1996 г.). «Эффлюксный насос AcrAB играет важную роль в фенотипе устойчивости к антибиотикам мутантов Escherichia coli с множественной устойчивостью к антибиотикам (Mar)» . Журнал бактериологии . 178 (1): 306–8. дои : 10.1128/jb.178.1.306-308.1996 . ПМК   177656 . ПМИД   8550435 .
  11. ^ Веккьоне Дж.Дж., Александр Б., Селло Дж.К. (ноябрь 2009 г.). «Два различных основных насоса оттока лекарств из суперсемейства посредников опосредуют устойчивость к хлорамфениколу у Streptomyces coelicolor» . Антимикробные средства и химиотерапия . 53 (11): 4673–7. дои : 10.1128/AAC.00853-09 . ПМЦ   2772354 . ПМИД   19687245 .
  12. ^ Ду Д., Ван З., Джеймс Н.Р., Восс Дж.Э., Климонт Э., Охене-Адьей Т., Вентер Х., Чиу В., Луизи Б.Ф. (май 2014 г.). «Структура эффлюксного насоса для нескольких лекарств AcrAB-TolC» . Природа . 509 (7501): 512–5. Бибкод : 2014Natur.509..512D . дои : 10.1038/nature13205 . ПМК   4361902 . ПМИД   24747401 .
  13. ^ Рукетт С., Хармон Дж.Б., Шафер В.М. (август 1999 г.). «Индукция откачивающей насосной системы Neisseria gonorrhoeae, кодируемой mtrCDE, требует MtrA, AraC-подобного белка» . Молекулярная микробиология . 33 (3): 651–8. дои : 10.1046/j.1365-2958.1999.01517.x . ПМИД   10417654 .
  14. ^ Плетцер Д., Вайнгарт Х. (январь 2014 г.). «Характеристика AcrD, многолекарственного откачивающего насоса типа резистентных узелково-клеточных клеток из возбудителя бактериального ожога Erwinia amylovora» . БМК Микробиология . 14:13 . дои : 10.1186/1471-2180-14-13 . ПМЦ   3915751 . ПМИД   24443882 .
  15. ^ Jump up to: а б Морита Ю., Собел М.Л., Пул К. (март 2006 г.). «Индуцируемость антибиотиками системы оттока нескольких лекарств MexXY Pseudomonas aeruginosa: участие индуцируемого антибиотиком генного продукта PA5471» . Журнал бактериологии . 188 (5): 1847–55. дои : 10.1128/JB.188.5.1847-1855.2006 . ПМЦ   1426571 . ПМИД   16484195 .
  16. ^ Алав I, Саттон Дж. М., Рахман К. М. (февраль 2018 г.). «Роль бактериальных эффлюксных насосов в формировании биопленок» . Журнал антимикробной химиотерапии . 73 (8): 2003–2020. дои : 10.1093/jac/dky042 . ПМИД   29506149 .
  17. ^ Ли XZ, Плезиа П, Никайдо Х (апрель 2015 г.). «Проблема устойчивости грамотрицательных бактерий к антибиотикам, опосредованной оттоком» . Обзоры клинической микробиологии . 28 (2): 337–418. дои : 10.1128/CMR.00117-14 . ПМК   4402952 . ПМИД   25788514 .
  18. ^ Джулиано Р.Л., Линг В. (ноябрь 1976 г.). «Поверхностный гликопротеин, модулирующий проницаемость лекарств в мутантах клеток яичника китайского хомячка». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Биомембраны . 455 (1): 152–62. дои : 10.1016/0005-2736(76)90160-7 . ПМИД   990323 .
  19. ^ Jump up to: а б Молнар Дж., Энги Х., Хохманн Дж., Молнар П., Дели Дж., Весоловска О., Михалак К., Ван К. (2010). «Обращение множественной лекарственной устойчивости с помощью натуральных веществ растений». Актуальные темы медицинской химии . 10 (17): 1757–68. дои : 10.2174/156802610792928103 . ПМИД   20645919 .
  20. ^ Кушни Т.П., Кушни Б., Лэмб Эй.Дж. (ноябрь 2014 г.). «Алкалоиды: обзор их антибактериальной, усиливающей действие антибиотиков и противовирусной активности» (PDF) . Международный журнал противомикробных средств . 44 (5): 377–86. дои : 10.1016/j.ijantimicag.2014.06.001 . ПМИД   25130096 . S2CID   205171789 .
  21. ^ Баное М., Сейф С., Назари З.Е., Джафари-Фешараки П., Шахверди Х.Р., Мобаллег А., Могаддам К.М., Шахверди А.Р. (май 2010 г.). «Наночастицы ZnO усиливают антибактериальную активность ципрофлоксацина против золотистого стафилококка и кишечной палочки» (PDF) . Журнал исследований биомедицинских материалов. Часть B: Прикладные биоматериалы . 93 (2): 557–61. дои : 10.1002/jbm.b.31615 . ПМИД   20225250 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: b285499164a86760d6a323eb90c8c517__1720174920
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/b2/17/b285499164a86760d6a323eb90c8c517.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Efflux pump - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)