bombas de efluxo usp bom

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Bombas de efluxo: características gerais, 
importância e inibidores
Dra. Viviane Nakano
Curso de Pós-Graduação em Microbiologia
BMM 5753 – Bacteriologia de Anaeróbios
Introdução
O que são bombas de efluxo e qual sua 
função na célula bacteriana?
Quais são as famílias de bombas de efluxo 
relacionadas com a resistência aos antimicrobianos?
Introdução
MATE*: Multidrug and Toxic Compound Extrusion
MSF: Major Facilitator Superfamily
SMR*: Small Multidrug Resistance
RND*: Resistance Nodulation Division
ABC: ATP Binding Cassette
(Piddock, 2006)
* Exclusiva em procariotos
Família MFS
Procariotos e Eucariotos
gram positivas
gram negativas (MFS+Canal ME)
Efluxo realizado por força próton 
motiva (antiporte)*
(Lynch, 2006)
Caracterização
Membrana Citoplasmática
*Transportadores transmembrânicos e tipos de transporte
Família MFS
Procariotos e Eucariotos
gram positivas
gram negativas (MFS+Canal ME)
Efluxo realizado por força próton 
motiva (antiporte) 
Transporta açúcares, metabólitos e 
drogas
S. aureus (NorB) e B. subtilis (LmrB)
E. coli (EmrAB-TolC/EmrKY-TolC)
(Lynch, 2006)
Caracterização
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Caracterização
Superfamília ABC
Procariotos e Eucariotos
Duas membranas hidrofóbicas e duas 
hidrofílicas
Efluxo realizado pela hidrólise de ATP
Transporta toxinas, metabólitos e drogas
L. lactis (LmrCD) e S. aureus (AbcA)
E. coli (MacAB-TolC)
(Lynch, 2006)
Humanos – agentes tumorais
Família SMR
Menor sistema de efluxo
Transporta drogas catiônicas
Efluxo realizado por força próton motiva
S. marcescens (SsmE) e S. aureus (SepA)
Caracterização
(Lynch, 2006)
Família MATE
Topologia da membrana similar MFS
Efluxo realizado por força próton motiva e 
gradiente de íons sódio 
Transporta detergentes e drogas 
S. aureus (MepA) e H. influenza (HmrM)
(Lynch, 2006)
Caracterização
Resistance Nodulation Division
(RND)
Caracterização
Família RND
Usam o gradiente de 
prótons para forçar o efluxo 
Transporta moléculas 
lipofílicas e anfifílicas
Responsável pela tolerância 
de bactérias a solventes
A bomba está divida em 
três partes
(Lynch, 2006)
(Poole, 2008)
Caracterização
E. coli
(AcrAB-TolC)
K. pneumoniae
(AcrABR)
P. aeruginosa
(MexAB-OprM)
P. aeruginosa
(MexCD-OprJ)
S. enterica sorovar Typhimurium
(AcrAB-TolC)
P. aeruginosa
(MexXY-OprM)
P. aeruginosa
(MexEF-OprN)
N. gonorrhoeae
(FarAB-MtrE)
A. baumannii
(AdeIJK)
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Caracterização
Membrana Externa
Membrana Interna
Se
n
ti
do
 d
o 
ef
lu
xo
TolC
AcrA
AcrB
(Piddock, 2006)Modelo de bomba de efluxo RND de Escherichia coli
TolC = OMF 
(outer membrane factor)
AcrA = MFP 
(Membrane fusion protein)
Acr = Acriflavina
TolC = Tolerância 
a colicina
Modelo de bomba de efluxo RND de Pseudomonas aeruginosa
Mex = Efluxo múltiplo Opr = Proteína de 
membrana externaCaracterização
Cada um dos três componentes é essencial para o efluxo da 
droga e a ausência de um deles pode comprometer todo o 
funcionamento do complexo.
Caracterização Caracterização
(Nikaido, 2009)
Comunicação com o 
periplasma
AcrB
Caracterização
(Eswaran et al., , 2004)
TolC
TolC
Caracterização
(Koronakis et al., , 2004)
Escherichia coli
4
Caracterização
Bomba AcrAB-TolC
(Recio-Fernandez et al., , 2004)
TolC
AcrA
AcrB
Caracterização
(Tornroth-Horsefield et al., , 2007)
4º. Componente????
YajC (associação com AcrB)
Caracterização
(Piddock, 2006)
Regulação
Regulação
Regulador MFP Transportador OMP
E. coli sistema AcrAB-TolC:
Repressor: AcrR
Regulador Global: MarA, SoxS, Rob (Bacteroides MarA-like)
Anaeróbios
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Introdução
Bombas MATE foram encontradas em Bacteroides 
thetaiotaomicron (Miyamae et al., 2001)
(Miyamae et al., 2001)
bexA (Bacteroides exporter A): similaridade NorM Vibrio parahaemolyticus
orf1: proteína de inserção de membrana externa
orfX: não tem função aparente no sistema de efluxo
(Miyamae et al., 2001)
pBRBT20: orfX, orf1, orf2(bexA)
pBRBT201: orf1, orf2
pBRB201ME: orf2
pBRBT2012: orf1
Primeira bomba RND foi em Porphyromonas 
gingivalis XepCAB (Ikeda e Yoshimura, 2002)
Introdução
(Ikeda e Yoshimura, 2002)
Bombas MATE foram encontradas em 
Clostridium difficile (Dridi et al., 2004)
Introdução
6
(Dridi et al., 2004)
(Dridi et al., 2004)
Primeiro relato de bombas RND em B. fragilis 
foi em 2005 (Ueda et al.)
Introdução Introdução
(Ueda et al., 2005)
bme (Bacteroides fragilis multidrug efflux) 
1 9
16
15
14
13
12
11
102
3
4
5
6
7
8
16 bombas RND (BmeABC)
Introdução
Membrana Externa
Membrana Interna
Se
n
ti
do
 d
o 
ef
lu
xo
TolC = BmeC
AcrA = BmeA
AcrB = BmeB
(Piddock, 2006)Modelo de bomba de efluxo RND de Escherichia coli
16 genes bmeABC 
são expressos 
constitutivamente
Bombas podem estar 
associadas com 
resistência intrínseca
Aumento da expressão 
das bombas podem 
aumentar a resistência a 
múltiplos antibióticos
CARACTERIZAÇÃO
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E como são realizados os estudos de análise das 
bombas de efluxo?
Clonagem Expressão
ou
Construção de cepas mutantes
Perfil de substrato e de resistência
=
+
Caracterização Caracterização
Srikumar et al. (1998) - P. aeruginosa MexAB-OprM e MexCD-OprJ
MexAB-OprM =MexCD-OprJ
1º experimento
2º experimento
e resistência
MexAB
MexCD
=
=
Não houve alteração da susceptibilidade
resistência
Hospedeiro susceptível ≠ comportamentos
Clonagem Expressão+
Família RND
Caracterização Clonagem Expressão+
pSTV28 – plasmídio/vetor
pSEC38: sedXY
pSEC32: sedY
Clonaram:
E. coli KAM 32 (Δ acrB, Δ ydhE)
(Chen et al., 2003)
Família SMR
Caracterização Clonagem Expressão+
KAM3: (ΔacrB) pBET5: ebrA, ebrB
(Masaoka et al., 2000)
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Família ABC
Caracterização Clonagem Expressão+
(Lee et al., 2003)
pAEF82: efrA, efrB
(Lee et al., 2003)
Caracterização Construção de cepas mutantes
(Pumbwe et al., 2006)
Caracterização
↑bme 5, 7 e 15 - sobre pressão antibióticos são reguladas - MDR
↓ outras bombas – situações particulares podem ser reguladas
Construção de cepas mutantes
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Importância
(Martinez et al., 2009)
Família RND
Importância 
Resistência a Metais Tóxicos
Resistência a Solventes
Na biosfera do solo – interação planta/bactéria
Homeostase/Detoxificação
Virulência Bacteriana
Comunicação Celular – Quorum Sensing (QS)
Importância 
Resistência a Metais Tóxicos
Resistência a Solventes
Na biosfera do solo – interação planta/bactéria
Homeostase/Detoxificação
Virulência Bacteriana
Comunicação Celular – Quorum Sensing (QS)
Importância 
Resistência a Metais Tóxicos
Resistência a Solventes
Na biosfera do solo – interação planta/bactéria
Homeostase/Detoxificação
Virulência Bacteriana
Comunicação Celular – Quorum Sensing (QS)
Importância 
Resistência a Metais Tóxicos
Resistência a Solventes
Na biosfera do solo – interação planta/bactéria
Fitobactérias:
Erwinia amylovora
Erwinia chrysanthemi
Agrobacterium tumefaciens
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Importância 
Resistência a Metais Tóxicos
Resistência a Solventes
Na biosfera do solo – interação planta/bactéria
Homeostase/Detoxificação
Virulência Bacteriana
Comunicação Celular – Quorum Sensing (QS)
Importância 
Resistência a Metais Tóxicos
Resistência a Solventes
Na biosfera do solo – interação planta/bactéria
Homeostase/Detoxificação
Virulência Bacteriana
Comunicação Celular – Quorum Sensing (QS)
Importância 
Comunicação Celular – Quorum Sensing (QS)
Controle da expressão de genes em resposta a 
densidadecelular e aos fatores ambientais.
Envolve a produção e a detecção de moléculas 
sinalizadoras chamadas de autoindutoras
(ex.: N-acil homoserina lactonas)
E. coli
B. fragilis
Importância 
Iniciou com a resistência a antibióticos
Consequência da atividade antropogênica
Mas esse mecanismo não seria recente, 
talvez uma adaptação? 
Inibidores
Pagés e Amaral., 2009
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Inibidores
Redução da expressão de componentes da bomba.
Clorpromazine
Inibidores
Competem com o antibiótico pelo sítio de ligação na bomba de 
efluxo.
Inibidores
Causam colapso no sistema de energia da bomba.
Perspectivas
By-passing a atividade do efluxo
Maiores estudos sobre inibidores
Novas Tetraciclinas
Novas Fluoroquinolonas
Novos macrolídeos
Bloqueadores dos canais 
de Membrana (TolC)