Кіріспе
Белгілер кешені бактериялық жасушалардан жалпы алғанда улы заттарды шығарады Эфлюкс-помпа - жасушалардағы қажетті емес заттарды шығаратын белсенді тасымалдаушы. Эфлюкс насостары бактериялардың антибиотиктерді алып тастау қабілеті үшін маңызды компонент болып табылады. Эффлюс ауыр металдардың, органикалық ластаушылардың, өсімдіктер өндіретін қосылыстардың, кворумды сезгіш сигналдардың, бактериялық метаболиттердің және нейротрансмиттерлердің қозғалысы болуы мүмкін. Барлық микроорганизмдерде, бірнеше ерекшеліктермен, геномында эфлюкс насостарын кодтайтын өте жақсы сақталған ДНҚ тізбектері бар. Эфлюкс насостары микроорганизмдерден заттарды белсенді түрде жылжытады, бұл процес активті эфлюкс деп аталады, ол ксенобиоттық метаболизмнің маңызды бөлігі болып табылады. Бұл белсенді ағынды механизм бактериялардың бактериялық түрлеріндегі патогендерге төзімділіктің әртүрлі түрлеріне жауап береді, ең бастысы антибиотиктерге төзімділік, өйткені микроорганизмдер цитоплазмадан токсиндерді клеткадан тыс ортаға аудару үшін ағынды насостарды бейімдеген болуы мүмкін. Эфлюкс жүйелері энергияға тәуелді механизм (активті тасымалдау) арқылы жұмыс істейді, олар арнайы эфлюкс сорғылары арқылы қажетсіз улы заттарды сорғылайды. Кейбір ағынды жүйелер дәрілік заттарға тән, ал басқалары шағын көп дәрілік заттарға төзімділік (SMR) тасымалдаушыларымен бірнеше дәрілік заттарды қабылдай алады. Эфлюкс насостары - барлық түрдегі жасушалардың цитоплазмалық мембранасында орналасқан ақуыздық тасымалдаушылар. Олар белсенді тасымалдаушылар, яғни олардың функцияларын орындау үшін химиялық энергия көзі қажет. Кейбіреулері аденозин трифосфат гидролизі энергия көзі ретінде пайдаланылатын алғашқы белсенді транспортерлер, ал басқалары екіншілік белсенді транспортерлер (унипортерлер, симпортерлер немесе антипортерлер) болып табылады, онда көлік сутек немесе натрий иондарын жасушаға сорғылау арқылы құрылған электрохимиялық потенциалдық айырмашылықпен үйлесімді.
An efflux pump is an active transporter in cells that moves out unwanted material. Efflux pumps are an important component in bacteria in their ability to remove antibiotics. The efflux could also be the movement of heavy metals, organic pollutants, plant produced compounds, quorum sensing signals, bacterial metabolites and neurotransmitters. All microorganisms, with a few exceptions, have highly conserved DNA sequences in their genome that encode efflux pumps. Efflux pumps actively move substances out of a microorganism, in a process known as active efflux, which is a vital part of xenobiotic metabolism. This active efflux mechanism is responsible for various types of resistance to bacterial pathogens within bacterial species the most concerning being antibiotic resistance because microorganisms can have adapted efflux pumps to divert toxins out of the cytoplasm and into extracellular media. Efflux systems function via an energy dependent mechanism (active transport) to pump out unwanted toxic substances through specific efflux pumps. Some efflux systems are drug specific, whereas others may accommodate multiple drugs with small multidrug resistance (SMR) transporters. Efflux pumps are proteinaceous transporters localized in the cytoplasmic membrane of all kinds of cells. They are active transporters, meaning that they require a source of chemical energy to perform their function. Some are primary active transporters utilizing adenosine triphosphate hydrolysis as a source of energy, whereas others are secondary active transporters (uniporters, symporters, or antiporters) in which transport is coupled to an electrochemical potential difference created by pumping hydrogen or sodium ions into the cell.
Құрылымы
Эфлюкс насостары әдетте сыртқы мембраналық протеиннен, ортаңғы периплазмалық протеиннен, ішкі мембраналық протеиннен және трансмембраналық каналдан тұрады. Трансмембраналық канал жасушаның сыртқы мембранасында орналасқан. Сондай-ақ, канал басқа екі ақуызға: периплазмалық мембрана ақуызына және интегралды мембраналық тасымалдағышқа байланады. Периплазмалық мембрананың ақуыздары мен жүйенің ішкі мембраналық ақуыздары каналдың ашылуы мен жабылуын басқару үшін біріктіріледі. Токсин ішкі мембрананың осы протеиніне байланғанда, ішкі мембрананың протеиндері биохимиялық каскадты пайда етеді, ол периплазмалық мембрананың протеиніне және сыртқы мембрананың протеиніне арнаны ашу және токсинді жасушадан шығару үшін сигналдарды жібереді. Бұл механизм ішкі мембраналық тасымалдаушы арқылы H+ ионына токсиннің ауысуы арқылы пайда болатын энергияға тәуелді, ақуыз-ақуыз өзара әрекеттесуін қолданады. AcrAB TolC сорғының толық құрастырылған in vitro және in vivo құрылымдары криоЭМ және криоЭТ әдістерімен анықталды.
Функция
Антибиотиктер ағынды жүйелердің клиникалық тұрғыдан маңызды субстраттары болса да, ағынды насостардың көпшілігі басқа табиғи физиологиялық функцияларға ие болуы ықтимал. Мысалдарға мыналар жатады: E. coli AcrAB efflux жүйесі, оның физиологиялық рөлі - сары қышқылдар мен май қышқылдарын олардың уыттылығын төмендету үшін сорғылау. Streptomyces pristinaespiralis- тегі MFS- тегі Ptr сорғысы I және II пристинамициндер өндірісін іске қосқанда, осы организм үшін аутоиммунды сорғы болып көрінеді. E. coli бактериясындағы AcrABTolC жүйесі E. coli бактериясының мембранасындағы кальций арнасы компоненттерінің тасымалдауында рөл атқарады деп күтілуде. MtrCDE жүйесі Neisseria gonorrhoeae ректальді изоляцияларының фекальды липидтеріне қарсы тұруын қамтамасыз ету арқылы қорғаныш қызметін атқарады. Erwinia amylovora AcrAB efflux жүйесі осы организмнің вируленттілігі, өсімдік (орындық) отарлануы және өсімдік токсиндеріне төзімділігі үшін маңызды. P. aeruginosa- ның MexXY OprM көп дәрілік эффлюс жүйесінің MexXY компоненті PA5471 ген өнімінің көмегімен рибосомаларды нысанаға алатын антибиотиктермен индукцияланады. Эфлюкс насостары биофильмнің пайда болуына әсер ететіндігі де дәлелденді. Алайда, мұндай сорғылардың субстраттары және олардың ағып кету белсенділігінің өзгерістері биофильмнің пайда болуына тікелей немесе жанама әсер ете ме, жоқ па, әлі анықталмаған. Эффлюкс жүйелерінің табиғи субстраттардан басқа көптеген қосылыстарды тану қабілеті, мүмкін, субстратты тану классикалық фермент субстратты немесе лиганд рецепторларын танудағыдай, анықталған химиялық қасиеттерге емес, гидрофобтылық, хош иістілік және ионданатын сипаттағы физикалық-химиялық қасиеттерге негізделгендіктен болуы мүмкін. Антибиотиктердің көпшілігі гидрофильді және гидрофобты сипаттағы амфифильді молекулалар болғандықтан, оларды көптеген ағынды сорғылар оңай таниды.
The E. coli AcrAB efflux system, which has a physiologic role of pumping out bile acids and fatty acids to lower their toxicity. The MFS family Ptr pump in Streptomyces pristinaespiralis appears to be an autoimmunity pump for this organism when it turns on production of pristinamycins I and II. The AcrAB–TolC system in E. coli is suspected to have a role in the transport of the calcium channel components in the E. coli membrane. The MtrCDE system plays a protective role by providing resistance to faecal lipids in rectal isolates of Neisseria gonorrhoeae. The AcrAB efflux system of Erwinia amylovora is important for this organism's virulence, plant (host) colonization, and resistance to plant toxins. The MexXY component of the MexXY OprM multidrug efflux system of P. aeruginosa is inducible by antibiotics that target ribosomes via the PA5471 gene product. Efflux pumps have also been shown to play a role in biofilm formation. However, the substrates for such pumps, and whether changes in their efflux activity affect biofilm formation directly or indirectly, remain to be determined. The ability of efflux systems to recognize a large number of compounds other than their natural substrates is probably because substrate recognition is based on physicochemical properties, such as hydrophobicity, aromaticity and ionizable character rather than on defined chemical properties, as in classical enzyme substrate or ligand receptor recognition. Because most antibiotics are amphiphilic molecules possessing both hydrophilic and hydrophobic characters they are easily recognized by many efflux pumps.
Ингибиторлар
Қазіргі уақытта антибиотиктермен бірге қолданылатын препараттарды әзірлеу үшін бірнеше сынақтар жүргізілуде, олар антибиотиктердің ағып кетуі арқылы экструзияның ингибиторлары ретінде әрекет етеді. Әзірге емдік мақсатта пайдаланылатын ағынды суды бұзатын препараттар бекітілмеген, бірақ олардың кейбіреулері клиникалық оқшаулауларда және жасушалық биология зерттеулерінде ағынды суды бұзатын сорғылардың таралуын анықтау үшін қолданылады. Мысалы, верапамил П- гликопротеин арқылы ДНҚ- мен байланысатын флюорофорлардың ағынын бұғаттау үшін қолданылады, осылайша флуоресцентті жасушаларды ДНҚ-ның мазмұнына қарай сұрыптауды жеңілдетеді. Әртүрлі табиғи өнімдер бактериялық ағынды сорғыларды тежеуге қабілетті, соның ішінде каротиноидтар - капсантин мен капсорубин, флавоноидтар - ротенон және хризин. Кейбір нанобөлшектер, мысалы мырыш оксиді, бактериялық ағынды сорғыларды тежеуге қабілетті.