Todos los microorganismos, con algunas excepciones, tienen secuencias de ADN altamente conservadas en su genoma que se transcriben y traducen a bombas de eflujo. Las bombas de eflujo son capaces de sacar una variedad de diferentes compuestos tóxicos fuera de las células , como antibióticos , metales pesados, contaminantes orgánicos, compuestos producidos por plantas, señales de detección de quórum, metabolitos bacterianos y neurotransmisores a través de un eflujo activo, que es una parte vital para el metabolismo xenobiótico.. Este mecanismo de eflujo activo es responsable de varios tipos de resistencia a patógenos bacterianos dentro de las especies bacterianas; el más preocupante es la resistencia a los antibióticos porque los microorganismos pueden tener bombas de eflujo adaptadas para desviar las toxinas del citoplasma hacia los medios extracelulares. [1]
Los sistemas de eflujo funcionan a través de un mecanismo dependiente de la energía ( transporte activo ) para bombear sustancias tóxicas no deseadas a través de bombas de eflujo específicas. Algunos sistemas de eflujo son específicos de un fármaco, mientras que otros pueden acomodar varios fármacos con pequeños transportadores de resistencia a múltiples fármacos (SMR). [2] [3]
Las bombas de eflujo son transportadores proteicos localizados en la membrana citoplasmática de todo tipo de células. Son transportadores activos , lo que significa que requieren una fuente de energía química para realizar su función. Algunos son transportadores activos primarios que utilizan la hidrólisis de trifosfato de adenosina como fuente de energía, mientras que otros son transportadores activos secundarios ( uniportadores , simportadores o antiportadores ) en los que el transporte se acopla a una diferencia de potencial electroquímico creada al bombear iones de hidrógeno o sodio a la célula.
Bacteriano
Los transportadores de eflujo bacteriano se clasifican en cinco superfamilias principales, según su secuencia de aminoácidos y la fuente de energía utilizada para exportar sus sustratos:
- La superfamilia de facilitadores principales (MFS) [4]
- La superfamilia de casetes de unión a ATP (ABC) [4]
- La pequeña familia de multirresistencia (SMR) [4]
- La superfamilia de división celular de nodulación de resistencia (RND) [4]
- La familia de proteínas de extrusión de múltiples antimicrobianos (MATE). [4]
De estos, solo la superfamilia ABC son transportadores primarios, el resto son transportadores secundarios que utilizan gradiente de protón o sodio como fuente de energía. Mientras que el MFS domina en las bacterias Gram positivas , alguna vez se pensó que la familia RND era exclusiva de las bacterias Gram negativas. Desde entonces se han encontrado en todos los reinos principales . [5]
Estructura
Las bombas de eflujo generalmente constan de una proteína de la membrana externa, una proteína periplásmica media, una proteína de la membrana interna y un conducto transmembrana. El conducto transmembrana se encuentra en la membrana externa de la célula. El conducto también está unido a otras dos proteínas: una proteína de membrana periplásmica y un transportador de membrana integral. La proteína de la membrana periplásmica y la proteína de la membrana interna del sistema se acoplan para controlar la apertura y el cierre del conducto (canal). Cuando una toxina se une a esta proteína de la membrana interna, las proteínas de la membrana interna dan lugar a una cascada bioquímica que transmite señales a la proteína de la membrana periplásmica y a la proteína de la membrana externa para abrir el canal y sacar la toxina de la célula. Este mecanismo utiliza una interacción proteína-proteína dependiente de la energía que se genera por la transferencia de la toxina por un ion H + por el transportador de la membrana interna. [6] Las estructuras in vitro e in vivo completamente ensambladas de la bomba AcrAB-TolC se han resuelto mediante cryoEM y cryoET. [7] [8]
Función
Aunque los antibióticos son los sustratos clínicamente más importantes de los sistemas de salida, es probable que la mayoría de las bombas de salida tengan otras funciones fisiológicas naturales. Ejemplos incluyen:
- El sistema de salida de E. coli AcrAB, que tiene la función fisiológica de bombear los ácidos biliares y los ácidos grasos para reducir su toxicidad. [9]
- La bomba Ptr de la familia MFS en Streptomyces pristinaespiralis parece ser una bomba de autoinmunidad para este organismo cuando activa la producción de pristinamicinas I y II. [10]
- Se sospecha que el sistema AcrAB-TolC en E. coli tiene un papel en el transporte de los componentes de los canales de calcio en la membrana de E. coli . [11]
- El sistema MtrCDE desempeña un papel protector al proporcionar resistencia a los lípidos fecales en cepas rectales de Neisseria gonorrhoeae . [12]
- El sistema de salida AcrAB de Erwinia amylovora es importante para la virulencia de este organismo , la colonización de la planta (huésped) y la resistencia a las toxinas de las plantas. [13]
- El componente MexXY del sistema de salida de múltiples fármacos MexXY-OprM de P. aeruginosa es inducible por antibióticos que se dirigen a los ribosomas a través del producto del gen PA5471. [14]
La capacidad de los sistemas de flujo de salida de reconocer un gran número de compuestos distintos de sus sustratos naturales es probablemente porque el reconocimiento del sustrato se basa en fisicoquímicas propiedades, tales como la hidrofobicidad , la aromaticidad y ionizable carácter en lugar de en las propiedades químicas definidas, como en clásica enzima - sustrato o reconocimiento de ligando - receptor . Debido a que la mayoría de los antibióticos son moléculas anfifílicas , que poseen tanto caracteres hidrofílicos como hidrofóbicos, muchas bombas de eflujo los reconocen fácilmente. [ cita requerida ]
Impacto en la resistencia a los antimicrobianos
El impacto de los mecanismos de eflujo sobre la resistencia a los antimicrobianos es grande; esto generalmente se atribuye a lo siguiente:
- Los elementos genéticos que codifican las bombas de eflujo pueden estar codificados en cromosomas y / o plásmidos , contribuyendo así a la resistencia tanto intrínseca (natural) como adquirida, respectivamente. Como un mecanismo intrínseco de la resistencia, genes bomba de eflujo pueden sobrevivir un ambiente hostil (por ejemplo en la presencia de antibióticos) que permite la selección de mutantes que sobre- expresan estos genes. Estar ubicado en elementos genéticos transportables como plásmidos o transposones también es ventajoso para los microorganismos, ya que permite la fácil propagación de genes de eflujo entre especies distantes. [15]
- Los antibióticos pueden actuar como inductores y reguladores de la expresión de algunas bombas de eflujo. [14]
- La expresión de varias bombas de eflujo en una determinada especie bacteriana puede conducir a un amplio espectro de resistencia cuando se consideran los sustratos compartidos de algunas bombas de eflujo de múltiples fármacos, donde una bomba de eflujo puede conferir resistencia a una amplia gama de antimicrobianos. [dieciséis]
Eucariota
En las células eucariotas, la existencia de bombas de eflujo se conoce desde el descubrimiento de la glicoproteína P en 1976 por Juliano y Ling . [17] Las bombas de eflujo son una de las principales causas de resistencia a los medicamentos contra el cáncer en las células eucariotas. Incluyen transportadores de monocarboxilato (MCT), proteínas de resistencia a múltiples fármacos (MDR), también denominadas glicoproteína P, proteínas asociadas a la resistencia a múltiples fármacos (MRP), transportadores de péptidos (PEPT) y transportadores de fosfato de Na + (NPT). Estos transportadores se distribuyen a lo largo de porciones particulares del túbulo proximal renal, intestino, hígado, barrera hematoencefálica y otras porciones del cerebro.
Inhibidores
Actualmente se están realizando varios ensayos para desarrollar fármacos que puedan coadministrarse con antibióticos para que actúen como inhibidores de la extrusión de antibióticos mediada por eflujo. Hasta el momento, no se ha aprobado ningún inhibidor de eflujo para uso terapéutico, pero algunos se están utilizando para determinar la prevalencia de bombas de eflujo en aislados clínicos y en investigaciones de biología celular . El verapamilo , por ejemplo, se usa para bloquear la salida de fluoróforos que se unen al ADN mediada por la glicoproteína P , lo que facilita la clasificación de células fluorescentes para el contenido de ADN. Se ha demostrado que varios productos naturales inhiben las bombas de eflujo bacteriano, incluidos los carotenoides capsantina y capsorrubina , [18] los flavonoides rotenona y crisina , [18] y el alcaloide lisergol . [19] Algunas nanopartículas , por ejemplo , el óxido de zinc , también inhiben las bombas de salida de bacterias. [20]
Ver también
- Resistencia antibiótica
Referencias
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