Os químicos do MIT descobriram a estrutura de uma protea­na que pode bombear moléculas ta³xicas para fora das células bacterianas. Acredita-se que protea­nas semelhantes a esta, encontrada em E. coli , ajudem as bactanãrias a se tornarem resistentes a vários antibia³ticos.

Usando espectroscopia de ressonância magnanãtica nuclear (RMN), os pesquisadores foram capazes de determinar como a estrutura dessa protea­na muda a  medida que uma molanãcula semelhante a uma droga se move atravanãs dela. O conhecimento dessa estrutura detalhada pode tornar possí­vel projetar medicamentos que possam bloquear essas protea­nas de transporte e ajudar a ressensibilizar bactanãrias resistentes a antibia³ticos existentes, diz Mei Hong, professor de química do MIT.

"Conhecendo a estrutura da bolsa de ligação a drogas dessa protea­na, pode-se tentar criar concorrentes para esses substratos, de modo que vocêpossa bloquear o local de ligação e impedir que a protea­na remova antibia³ticos da canãlula", diz Hong, que éo autor saªnior do artigo.

O estudante de pós-graduação do MIT Alexander Shcherbakov éo principal autor do estudo, que aparece hoje na Nature Communications . A equipe de pesquisa também inclui o estudante de pós-graduação do MIT Aurelio Dregni e dois pesquisadores da Universidade de Wisconsin em Madison: o estudante de pós-graduação Peyton Spreacker e a professora de bioquímica Katherine Henzler-Wildman.

Bombear drogas atravanãs de suas membranas celulares éuma das muitas estratanãgias que as bactanãrias podem usar para escapar dos antibia³ticos. Por vários anos, o grupo de Henzler-Wildman da Universidade de Wisconsin vem estudando uma protea­na ligada a  membrana chamada EmrE, que pode transportar muitas moléculas ta³xicas diferentes, incluindo herbicidas e compostos antimicrobianos.

EmrE pertence a uma familia de protea­nas chamadas de transportadores de resistência a maºltiplas drogas (SMR). Embora EmrE não esteja diretamente envolvido na resistência a antibia³ticos, outros membros da familia foram encontrados em formas resistentes a drogas de Mycobacterium tuberculosis e Acinetobacter baumanii .

"Os transportadores SMR tem alta conservação de sequaªncia em regiaµes-chave da protea­na. EmrE éde longe o membro da familia mais bem estudado, tanto in vitro quanto in vivo , o que o torna um sistema modelo ideal para investigar a estrutura que suporta a atividade SMR ", diz Henzler-Wildman.

Ha¡ alguns anos, o laboratório de Hong desenvolveu uma técnica que permite aos pesquisadores usar a RMN para medir as distâncias entre as sondas de flaºor e os a¡tomos de hidrogaªnio nas protea­nas. Isso torna possí­vel determinar a estrutura de uma protea­na a  medida que ela se liga a uma molanãcula que contanãm flaºor.

Depois que Hong deu uma palestra sobre a nova técnica em uma conferaªncia, Henzler-Wildman sugeriu que eles se unissem para estudar EmrE. Seu laboratório passou muitos anos estudando como o EmrE transporta uma molanãcula semelhante a uma droga, ou ligante, atravanãs da membrana fosfolipa­dica. Este ligante, conhecido como F 4 -TPP + , éuma molanãcula tetraanãdrica com quatro a¡tomos de flaºor ligados a ela, um em cada vanãrtice.

Usando este ligante com a nova técnica de RMN de Hong, os pesquisadores começam a determinar uma estrutura de resolução atômica de EmrE. Já se sabia que cada molanãcula de EmrE contanãm quatro hanãlices transmembranares que são aproximadamente paralelas. Duas moléculas EmrE se montam em um da­mero, de modo que oito hanãlices transmembranares formam paredes internas que interagem com o ligante a  medida que ele se move pelo canal. Estudos anteriores revelaram a topologia geral das hanãlices, mas não das cadeias laterais de protea­nas que se estendem para o interior do canal, que são como braa§os que agarram o ligante e ajudam a guia¡-lo pelo canal.

EmrE transporta moléculas ta³xicas do interior de uma canãlula bacteriana, que estãoem pH neutro, para o exterior, que éa¡cido. Essa mudança no pH atravanãs da membrana afeta a estrutura do EmrE. Em um artigo de 2021, Hong e Henzler-Wildman descobriram a estrutura da protea­na a  medida que ela se liga ao F 4 -TPP + em um ambiente a¡cido. No novo estudo da Nature Communications , eles analisaram a estrutura em um pH neutro, permitindo determinar como a estrutura da protea­na muda a  medida que o pH muda.

Em pH neutro, os pesquisadores descobriram neste estudo, as quatro hanãlices que compõem o canal são relativamente paralelas umas a s outras, criando uma abertura na qual o ligante pode entrar facilmente. Amedida que o pH cai, movendo-se para fora da membrana, as hanãlices comea§am a se inclinar para que o canal fique mais aberto para fora da canãlula. Isso ajuda a empurrar o ligante para fora do canal. Ao mesmo tempo, vários ananãis encontrados nas cadeias laterais da protea­na mudam sua orientação de uma maneira que também ajuda a guiar o ligante para fora do canal.

A extremidade a¡cida do canal também émais acolhedora para os pra³tons, que entram no canal e o ajudam a se abrir ainda mais, permitindo que o ligante saia mais facilmente.

"Este artigo realmente completa a história", diz Hong. "Uma estrutura não ésuficiente. Vocaª precisa de duas, para descobrir como um transportador pode realmente abrir para ambos os lados da membrana, porque ele deve bombear o ligante ou o composto antibia³tico de dentro da bactanãria para fora da bactanãria."

Acredita-se que o canal EmrE transporte muitos compostos ta³xicos diferentes, então Hong e seus colegas agora planejam estudar como outras moléculas viajam pelo canal.