Efflux (mikrobiologiya) - Efflux (microbiology)

Protein TolC, uch tomonlama oqimli nasosning tashqi membrana komponenti Escherichia coli.
Nasosning boshqa komponenti bo'lgan AcrB, Escherichia coli.

Barcha mikroorganizmlar, bir nechta istisnolardan tashqari, genomida yuqori darajada saqlanib qolgan DNK ketma-ketliklariga ega, ular transkripsiyalanadi va oqimli nasoslarga tarjima qilinadi. Efflux nasoslari turli xil toksik birikmalarni tashqariga chiqarishga qodir hujayralar, kabi antibiotiklar, og'ir metallar, organik ifloslantiruvchi moddalar, o'simlik tarkibidagi birikmalar, kvorum sezgir signallari, bakterial metabolitlar va neyrotransmitterlar orqali faol oqim, bu hayotiy qismdir ksenobiotik metabolizm. Ushbu faol efflux mexanizmi bakteriya turlari ichidagi bakterial qo'zg'atuvchilarga har xil turdagi qarshilik uchun javobgardir - bu asosan antibiotiklarga chidamlilikdir, chunki mikroorganizmlar zaharli moddalarni sitoplazmadan va hujayradan tashqari muhitga yo'naltirish uchun oqimli nasoslarni moslashtirishi mumkin.[1]

Efflux tizimlari energiyaga bog'liq mexanizm orqali ishlaydi (faol transport ) keraksiz toksik moddalarni maxsus oqim nasoslari orqali chiqarib yuborish. Ba'zi oqish tizimlari dori-darmonga xosdir, boshqalari esa kichik dori-darmonlarga chidamli (SMR) tashuvchilar bilan bir nechta dori-darmonlarni joylashtirishi mumkin.[2][3]

Efflux nasoslari oqsilli mahalliylashtirilgan transport vositalari sitoplazmatik membrana barcha turdagi hujayralar. Ular faol tashuvchilar, ya'ni ular o'z vazifalarini bajarish uchun kimyoviy energiya manbasini talab qilishlarini anglatadi. Ba'zilar birlamchi faol tashuvchilar foydalanish adenozin trifosfat gidroliz energiya manbai sifatida, boshqalari esa ikkilamchi faol transportyorlar (uniporters, simportchilar, yoki antiporters ) transport an bilan bog'langan elektrokimyoviy potentsiallar farqi nasos yordamida yaratilgan vodorod yoki natriy ionlari hujayraga.

Bakterial

Bakterial oqimli transportyorlar, ularning asosida beshta asosiy superfamilaga bo'linadi aminokislota ketma-ketlik va ularning substratlarini eksport qilish uchun ishlatiladigan energiya manbai:

  1. The katta yordamchi superfamily (MFS)[4]
  2. The ATP bilan bog'langan kasseta superfamily (ABC)[4]
  3. Kichkina ko'p dori-darmonlarga qarshilik ko'rsatish oilasi (SMR)[4]
  4. The qarshilik-nodulyatsiya-hujayra bo'linishi superfamily (RND)[4]
  5. The ko'p mikroblarga qarshi ekstruziya oqsili oila (MATE).[4]

Ulardan faqat ABC superfamilasi asosiy transportdir, qolganlari ikkilamchi transportyorlar foydalanish proton yoki natriy gradient energiya manbai sifatida. Holbuki, MFS ustunlik qiladi Gram musbat bakteriyalar, RND oilasi bir vaqtlar Gram salbiy bakteriyalarga xos deb hisoblangan. O'shandan beri ular barcha asosiy yo'nalishlarda topilgan shohliklar.[5]

Tuzilishi

Efflux nasoslari odatda tashqi membrana oqsilidan, o'rta periplazmik oqsildan, ichki membrana oqsilidan va transmembran kanalidan iborat. Transmembranali kanal hujayraning tashqi membranasida joylashgan. Kanal yana ikkita oqsil bilan bog'langan: periplazmatik membrana oqsili va ajralmas membranani tashuvchisi. Kanalning (kanalning) ochilishi va yopilishini boshqarish uchun sistemaning periplazmatik membrana oqsili va ichki membrana oqsillari birlashtiriladi. Toksin ushbu ichki membrana oqsiliga bog'langanda, ichki membrana oqsillari kanalni ochish va toksinni hujayradan tashqariga chiqarish uchun periplazmatik membrana oqsiliga va tashqi membrana oqsiliga signal uzatuvchi biokimyoviy kaskadni keltirib chiqaradi. Ushbu mexanizm ichki membrana tashuvchisi tomonidan toksinni H + ioniga o'tkazilishi natijasida hosil bo'lgan energiyaga bog'liq, oqsil-oqsil ta'siridan foydalanadi.[6]

Funktsiya

Antibiotiklar oqimi tizimlarining klinik jihatdan eng muhim substratlari bo'lishiga qaramay, ko'pchilik oqimli nasoslar boshqa tabiiy fiziologik funktsiyalarga ega bo'lishi ehtimoldan yiroq emas. Bunga misollar:

  • The E. coli AcrAB efflux tizimi, bu uning toksikligini kamaytirish uchun safro kislotalari va yog 'kislotalarini pompalashda fiziologik rolga ega.[7]
  • MFS oilaviy Ptr nasosi Streptomitsiyalar pristinaespiralis kabi ko'rinadi otoimmunitet I va II pristinamitsinlarni ishlab chiqarishni boshlashda ushbu organizm uchun nasos.[8]
  • AcrAB-TolC tizimi E. coli tarkibidagi kaltsiy-kanal tarkibiy qismlarini tashishda rol o'ynaydi deb gumon qilinmoqda E. coli membrana.[9]
  • MtrCDE tizimi rektal izolatlardagi najasli lipidlarga qarshilik ko'rsatib, himoya rolini o'ynaydi Neisseria gonorrhoeae.[10]
  • Ning AcrAB oqimi tizimi Erwinia amylovora bu organizm uchun muhimdir zaharlanish, o'simlik (xost) kolonizatsiyasi va o'simlik toksinlariga qarshilik.[11]
  • MexXY-OprM ko'p dori effluks tizimining MexXY komponenti P. aeruginosa PA5471 gen mahsuloti orqali ribosomalarga yo'naltirilgan antibiotiklar tomonidan induktsiya qilinadi.[12]

Efflux tizimlarining tabiiy substratlardan tashqari ko'p miqdordagi birikmalarni tanib olish qobiliyati, ehtimol substratni tanib olishga asoslangan fizik-kimyoviy kabi xususiyatlar hidrofobiklik, xushbo'ylik va ionlashtiriladigan Klassikada bo'lgani kabi, belgilangan kimyoviy xususiyatlarga emas, balki xarakterga ega ferment -substrat yoki ligand -retseptorlari tan olish. Ko'pgina antibiotiklar bo'lgani uchun amfifil gidrofil va gidrofobik belgilarga ega bo'lgan molekulalar - ularni ko'plab oqimli nasoslar osongina taniydilar.[iqtibos kerak ]

Antimikrobiyal qarshilikka ta'siri

Chiqib ketish mexanizmlarining ta'siri mikroblarga qarshi qarshilik katta; bu odatda quyidagilarga bog'liq:

  • The genetik oqim nasoslarini kodlovchi elementlar kodlanishi mumkin xromosomalar va / yoki plazmidlar Shunday qilib, o'z navbatida ichki (tabiiy) va erishilgan qarshilikka hissa qo'shadi. Qarshilikning ichki mexanizmi sifatida effluks nasos genlari dushmanlik muhitida omon qolishi mumkin (masalan, antibiotiklar mavjud bo'lganda) mutantlar bu ortiqchaifoda eting bu genlar. Tashish mumkin bo'lgan genetik elementlarda joylashgan plazmidlar yoki transpozonlar mikroorganizmlar uchun ham foydalidir, chunki u effluks genlarini uzoq turlar orasida oson tarqalishiga imkon beradi.[13]
  • Antibiotiklar induktor va regulyator vazifasini bajarishi mumkin ifoda ba'zi oqimli nasoslarning[12]
  • Muayyan bakteriyalar turidagi bir nechta oqimli nasoslarning ifodalanishi ba'zi bir ko'p dori-darmonli oqim nasoslarining umumiy substratlarini ko'rib chiqishda keng qarshilik spektrini keltirib chiqarishi mumkin, bu erda bitta oqava nasos mikroblarga qarshi vositalarning keng doirasiga qarshilik ko'rsatishi mumkin.[14]

Eukaryotik

Eukaryotik hujayralarda effluks nasoslarning mavjudligi kashf etilganidan beri ma'lum bo'lgan P-glikoprotein 1976 yilda Juliano va Ling.[15] Efflux nasoslari - bu eukaryotik hujayralardagi saratonga qarshi dorilarga chidamliligining asosiy sabablaridan biridir. Ular tarkibiga monokarboksilat tashuvchilar (MCT), bir nechta dorilarga qarshilik oqsillar (MDR) - shuningdek, P-glikoprotein, ko'p dori-darmonlarga qarshilik ko'rsatadigan oqsillar (MRP), peptid tashuvchilar (PEPT) va Na + fosfat tashuvchilar (NPT). Ushbu transportyorlar buyrak proksimal tubulasi, ichak, jigar, qon-miya to'sig'i va miyaning boshqa qismlari ma'lum qismlariga taqsimlanadi.

Inhibitorlar

Hozirgi vaqtda antibiotiklarning effluks vositasida ekstruziyasi uchun inhibitör vazifasini bajaradigan antibiotiklar bilan birgalikda qo'llanilishi mumkin bo'lgan dori-darmonlarni ishlab chiqish bo'yicha bir nechta sinovlar o'tkazilmoqda. Hozircha terapevtik foydalanish uchun efflux inhibitori tasdiqlanmagan, ammo ba'zilari klinik izolyatsiyada va ichkarida effluks nasoslarning tarqalishini aniqlashda foydalanilmoqda. hujayra biologiyasi tadqiqot. Verapamil, masalan, blokirovka qilish uchun ishlatiladi P-glikoprotein - DNK bilan bog'lanishning vositachilik oqimi floroforlar, shu bilan DNK tarkibidagi lyuminestsent hujayralarni saralashni osonlashtiradi. Turli xil tabiiy mahsulotlar karotenoidlarni o'z ichiga olgan bakterial effluks nasoslarni inhibe qilishi ko'rsatilgan kapsantin va kapsorubin,[16] flavonoidlar rotenone va xrizin,[16] va alkaloid lysergol.[17] Biroz nanozarralar, masalan rux oksidi, shuningdek, bakterial oqimi nasoslarini inhibe qiladi.[18]

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

  1. ^ Blanco P, Hernando-Amado S, Reales-Kalderon JA, Corona F, Lira F, Alcalde-Rico M va boshq. (2016 yil fevral). "Bakterial ko'p dori efflux nasoslari: Antibiotiklarga qarshilikni belgilaydigan vositalardan ancha ko'p". Mikroorganizmlar. 4 (1): 14. doi:10.3390 / mikroorganizmlar 4010014. PMC  5029519. PMID  27681908.
  2. ^ Bay DC, Turner RJ (2016). Kichkina ko'p dori-darmonlarga qarshilikka qarshi oqim nasoslari. Shveytsariya: Springer International Publishing. p. 45. ISBN  978-3-319-39658-3.
  3. ^ Sun J, Deng Z, Yan A (oktyabr 2014). "Bakterial ko'p dori effluks nasoslari: mexanizmlar, fiziologiya va farmakologik ekspluatatsiya". Biokimyoviy va biofizik tadqiqotlar bo'yicha aloqa. 453 (2): 254–67. doi:10.1016 / j.bbrc.2014.05.090. PMID  24878531.
  4. ^ a b v d e Delmar JA, Su CC, Yu EW (2014). "Bakterial ko'p dori efflux tashuvchilar". Biofizikaning yillik sharhi. 43: 93–117. doi:10.1146 / annurev-biofhys-051013-022855. PMC  4769028. PMID  24702006.
  5. ^ Lyubelski J, Konings WN, Driessen AJ (sentyabr 2007). "ABC tipidagi transportyorlarning tarqalishi va fiziologiyasi, bakteriyalarda ko'p dori-darmonlarga qarshilik ko'rsatishga yordam beradi". Mikrobiologiya va molekulyar biologiya sharhlari. 71 (3): 463–76. doi:10.1128 / MMBR.00001-07. PMC  2168643. PMID  17804667.
  6. ^ Ughachukwu P, Unekwe P (iyul 2012). "Kimyoterapiyada Efflux nasos vositachiligidagi qarshilik". Tibbiyot va sog'liqni saqlash fanlari tadqiqotlari yilnomalari. 2 (2): 191–8. doi:10.4103/2141-9248.105671. PMC  3573517. PMID  23439914.
  7. ^ Okusu H, Ma D, Nikaido H (1996 yil yanvar). "AcrAB efflux nasosi Escherichia coli ko'p antibiotiklarga chidamliligi (Mar) mutantlarining antibiotiklarga chidamliligi fenotipida katta rol o'ynaydi". Bakteriologiya jurnali. 178 (1): 306–8. doi:10.1128 / jb.178.1.306-308.1996. PMC  177656. PMID  8550435.
  8. ^ Vecchione JJ, Aleksandr B, Sello JK (2009 yil noyabr). "Ikki alohida asosiy yordamchi superfamily dori effluks nasoslari Streptomyces coelicolor-da levomitsetinga chidamliligini ta'minlaydi". Mikroblarga qarshi vositalar va kimyoviy terapiya. 53 (11): 4673–7. doi:10.1128 / AAC.00853-09. PMC  2772354. PMID  19687245.
  9. ^ Du D, Vang Z, Jeyms NR, Voss JE, Klimont E, Ohene-Agyei T va boshq. (2014 yil may). "AcrAB-TolC ko'p dori effluks nasosining tuzilishi". Tabiat. 509 (7501): 512–5. Bibcode:2014 yil natur.509..512D. doi:10.1038 / tabiat13205. PMC  4361902. PMID  24747401.
  10. ^ Rouquette C, Harmon JB, Shafer WM (avgust 1999). "Neisseria gonorrhoeae ning mtrCDE-kodlangan efflux nasos tizimini induksiyalash uchun AraC-ga o'xshash oqsil MtrA kerak bo'ladi". Molekulyar mikrobiologiya. 33 (3): 651–8. doi:10.1046 / j.1365-2958.1999.01517.x. PMID  10417654.
  11. ^ Pletzer D, Vaynart H (2014 yil yanvar). "Erwinia amylovora yong'inga qarshi qo'zg'atuvchisidan chidamli-nodulyatsion-hujayrali bo'linish turidagi ko'p dori effluks nasosi bo'lgan AcrD ning tavsifi". BMC mikrobiologiyasi. 14: 13. doi:10.1186/1471-2180-14-13. PMC  3915751. PMID  24443882.
  12. ^ a b Morita Y, Sobel ML, Puul K (mart 2006). "Pseudomonas aeruginosa ning MexXY ko'p dori effluks tizimining antibiotik induktivligi: antibiotiklarni keltirib chiqaradigan PA5471 gen mahsulotining ishtiroki". Bakteriologiya jurnali. 188 (5): 1847–55. doi:10.1128 / JB.188.5.1847-1855.2006. PMC  1426571. PMID  16484195.
  13. ^ Li XZ, Plésiat P, Nikaido H (2015 yil aprel). "Gram-manfiy bakteriyalardagi effluks vositachiligiga asoslangan antibiotiklarga qarshilik". Klinik mikrobiologiya sharhlari. 28 (2): 337–418. doi:10.1128 / CMR.00117-14. PMC  4402952. PMID  25788514.
  14. ^ Blanco P, Hernando-Amado S, Reales-Kalderon JA, Corona F, Lira F, Alcalde-Rico M va boshq. (2016 yil fevral). "Bakterial ko'p dori efflux nasoslari: Antibiotiklarga qarshilikni belgilaydigan vositalardan ancha ko'p". Mikroorganizmlar. 4 (1): 14. doi:10.3390 / mikroorganizmlar 4010014. PMC  5029519. PMID  27681908.
  15. ^ Juliano RL, Ling V (1976 yil noyabr). "Xitoylik hamster tuxumdon hujayralari mutantlarida dori o'tkazuvchanligini modulyatsiya qiluvchi sirtdagi glikoprotein". Biochimica et Biofhysica Acta (BBA) - Biomembranalar. 455 (1): 152–62. doi:10.1016/0005-2736(76)90160-7. PMID  990323.
  16. ^ a b Molnár J, Engi H, Hohmann J, Molnár P, Deli J, Wesolowska O va boshq. (2010). "Ko'p dori-darmonlarga chidamliligini o'simliklarning tabiiy moddalari bilan qaytarish". Tibbiy kimyoning dolzarb mavzulari. 10 (17): 1757–68. doi:10.2174/156802610792928103. PMID  20645919.
  17. ^ Cushnie TP, Cushnie B, Lamb AJ (2014 yil noyabr). "Alkaloidlar: ularning antibakterial, antibiotiklarni kuchaytiruvchi va antivirulentlik faoliyati haqida umumiy ma'lumot". Xalqaro mikroblarga qarshi vositalar jurnali. 44 (5): 377–86. doi:10.1016 / j.ijantimicag.2014.06.001. PMID  25130096.
  18. ^ Banoee M, Seyf S, Nazari ZE, Jafari-Fesharaki P, Shahverdi HR, Moballegh A va boshq. (2010 yil may). "ZnO nanopartikullari siprofloksatsinning Staphylococcus aureus va Escherichia coli-ga qarshi antibakterial faolligini oshirdi" (PDF). Biomedikal materiallarni tadqiq qilish jurnali B qism: Amaliy biomateriallar. 93 (2): 557–61. doi:10.1002 / jbm.b.31615. PMID  20225250.