Saúde

Estudo explora como as bactérias se tornam resistentes aos medicamentos
Suas descobertas, que foram relatadas recentemente na revista Nature Chemical Biology , ajudarão na busca por inibidores que podem
Por Bill Snyder - 07/01/2022


Resumo gráfico. Crédito: DOI: 10.1038 / s41589-021-00936-x

Pesquisadores da Vanderbilt University e da University of Arizona revelaram mais sobre o funcionamento interno de um "motor molecular" de dois estágios na membrana celular que permite que as bactérias se tornem resistentes aos medicamentos.

Suas descobertas, que foram relatadas recentemente na revista Nature Chemical Biology , ajudarão na busca por inibidores que podem "desligar" a proteína, chamada de transportador ABC. Eles também informam os esforços para bloquear a versão humana do transportador que permite que as células tumorais se tornem resistentes à quimioterapia.

"Estamos juntando essa história com diferentes transportadores e fazendo a pergunta: como a natureza projetou esse motor molecular em particular?" disse Hassane Mchaourab, Ph.D. de Vanderbilt, autor cocorrespondente do artigo com Thomas Tomasiak, Ph.D., da Universidade do Arizona em Tucson.

Entender como funcionam os transportadores é essencial para desenvolver medicamentos para bloqueá-los, disse ele.

Líder nacional no estudo da dinâmica de proteínas, Mchaourab é Louise B. McGavock Professora do Departamento de Fisiologia Molecular e Biofísica da Vanderbilt. Tomasiak, que obteve seu Ph.D. em Farmacologia na Vanderbilt em 2011, é professor assistente de Química e Bioquímica na Universidade do Arizona.

De acordo com os Centros de Controle e Prevenção de Doenças dos Estados Unidos, bactérias e fungos resistentes a antibióticos infectam pelo menos 2,8 milhões de pessoas nos Estados Unidos a cada ano e são responsáveis ​​por mais de 35.000 mortes.

Um veículo primário para resistência é o exportador ABC de múltiplas drogas (cassete de ligação de ATP) . Os exportadores de ABC usam a hidrólise de ATP - a liberação de energia química armazenada em moléculas de ATP - para trafegar uma ampla variedade de moléculas através das membranas celulares.

A energia ATP fornece o poder para os exportadores ABC ligarem os produtos químicos tóxicos e, em seguida, dar meia-volta e expulsá-los da célula. No caso de bactérias resistentes a antibióticos, no entanto, essa tática de sobrevivência pode ser mortal para o hospedeiro humano que invadiram.

Em 2014, a equipe de Mchaourab, em colaboração com pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, usou uma técnica chamada espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica (EPR) para identificar mudanças não relatadas anteriormente na forma, ou conformação, do exportador ABC de uma bactéria chamado Bacillus subtilis, pois interage com o ATP.

Eles propuseram que o poder de ATP, em uma série de etapas complexas, conduz a transição entre as conformações voltadas para dentro e para fora do exportador. Depois de ligar o antibiótico, por exemplo, o exportador "dá meia-volta" para expulsar sua carga da célula.

Este movimento é conduzido pela transdução (conversão) de energia química em energia mecânica resultante da ligação assimétrica e sequencial de duas moléculas de ATP a diferentes partes do complexo de proteínas (os cassetes de ligação de ATP). A ligação assimétrica, portanto, leva à mudança conformacional.

Para provar sua teoria, os pesquisadores tiveram que capturar uma imagem da mudança conformacional. Então, eles se voltaram para outro recurso, a microscopia eletrônica criogênica, que permite a medição de distâncias atômicas em temperaturas criogênicas, abaixo de 320 graus Fahrenheit negativos.

Os estudos crio-EM foram conduzidos no Pacific Northwest Center for Cryo-EM em Portland, Oregon. Em combinação com um método de espectroscopia EPR chamado DEER e simulação de dinâmica molecular, os estudos revelaram pela primeira vez um ATP-carregado, voltado para dentro estrutura com duas moléculas de droga ligadas assimetricamente.

“Em 2014, tivemos evidências indiretas”, disse Mchaourab. "Agora, com o crio-EM, podemos dizer:" Aqui nos detalhes atômicos está o que está acontecendo. "

A conformação intermediária sugere que as drogas podem ser projetadas para evitar que o exportador de bactérias se vire e expulse o antibiótico, "prendendo-o" em seu estado voltado para dentro, acrescentou.

 

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