Введение
Белокожные комплексы, которые выводят из бактериальных клеток обычно токсичные соединения. Эфлюксные насосы являются важным компонентом бактерий в их способности удалять антибиотики. Излияние может также быть движением тяжелых металлов, органических загрязнителей, растительных соединений, сигналов кворумного восприятия, бактериальных метаболитов и нейротрансмиттеров. Все микроорганизмы, за некоторыми исключениями, имеют в своем геноме высококонсервативные последовательности ДНК, которые кодируют насосы для выброса. Эфлюксные насосы активно выводят вещества из микроорганизма в процессе, известном как активный эфлюкс, который является важной частью ксенобиотического метаболизма. Этот активный механизм выброса отвечает за различные типы резистентности к бактериальным патогенам внутри бактериальных видов, наиболее опасными из которых являются антибиотикорезистентность, потому что микроорганизмы могут адаптировать выбросные насосы для отвлечения токсинов из цитоплазмы и в внеклеточные среды. Системы выброса работают с помощью энергозависимого механизма (активный транспорт) для выкачивания нежелательных токсичных веществ через специальные насосы выброса. Некоторые системы выброса специфичны для лекарственных средств, в то время как другие могут принимать несколько лекарственных средств с небольшими транспортерами с многофункциональной резистентностью (SMR). Эфлюкс-помпы - это белковые транспортеры, локализованные в цитоплазматической мембране всех видов клеток. Они являются активными транспортерами, что означает, что для выполнения своей функции им необходим источник химической энергии. Некоторые из них являются первичными активными транспортерами, использующими аденозинтрифосфатный гидролиз в качестве источника энергии, в то время как другие являются вторичными активными транспортерами (унипортерами, симпортерами или антипортерами), в которых транспорт соединен с электрохимической разностью потенциалов, создаваемой путем перекачки ионов водорода или натрия в ячейку.
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.
Структура
Эфлюксные насосы обычно состоят из белка внешней мембраны, среднего периплазматического белка, белка внутренней мембраны и трансмембранного канала. Трансмембранный канал расположен во внешней мембране клетки. Дукт также связан с двумя другими белками: белком периплазматической мембраны и интегральным мембранным транспортером. Белок периплазматической мембраны и белок внутренней мембраны системы соединены для управления открытием и закрытием канала. Когда токсин связывается с этим белком внутренней мембраны, белки внутренней мембраны порождают биохимический каскад, который передает сигналы белку периплазматической мембраны и белку внешней мембраны, чтобы открыть канал и вывести токсин из клетки. Этот механизм использует энергозависимые белко-белковые взаимодействия, которые генерируются передачей токсина для иона H+ внутренним мембранным транспортером. Полностью собранные in vitro и in vivo структуры насоса AcrAB TolC были решены с помощью криоЭМ и криоЭТ.
Функция
Хотя антибиотики являются наиболее клинически важными субстратами систем выделения, вполне вероятно, что большинство выделений имеют другие естественные физиологические функции. Примеры включают: Э. coli AcrAB система выделения, которая имеет физиологическую роль выкачивания желчных кислот и жирных кислот для снижения их токсичности. Помпа Ptr семейства MFS в Streptomyces pristinaespiralis, по-видимому, является насосом аутоиммунитета для этого организма, когда он включает производство пристинамицинов I и II. Предполагается, что система AcrABTolC в E. coli играет роль в транспортировке компонентов кальциевых каналов в мембране E. coli. Система MtrCDE играет защитную роль, обеспечивая устойчивость к фекальным липидам в ректальных изолятах Neisseria gonorrhoeae. Система выделения AcrAB Erwinia amylovora важна для вирулентности этого организма, колонизации растений (хозяина) и устойчивости к растительным токсинам. Компонент MexXY многофункциональной системы выделения препаратов MexXY OprM P. aeruginosa индуцируется антибиотиками, которые нацелены на рибосомы через генный продукт PA5471. Было также показано, что эффлюксные насосы играют роль в образовании биопленки. Однако субстраты для таких насосов и то, влияют ли изменения в их активности выброса на образование биопленки прямо или косвенно, еще предстоит определить. Способность систем эфлюкса распознавать большое количество соединений, отличных от их естественных субстратов, вероятно, связана с тем, что распознавание субстратов основано на физико-химических свойствах, таких как гидрофобность, ароматичность и ионизируемый характер, а не на определенных химических свойствах, как в классическом распознавании ферментных субстратов или лигандных рецепторов. Поскольку большинство антибиотиков являются амфифильными молекулами, обладающими как гидрофильными, так и гидрофобными характеристиками, они легко распознаются многими насосами для выброса.
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.
Ингибиторы
В настоящее время проводится несколько испытаний для разработки препаратов, которые могут быть одновременно введены с антибиотиками, чтобы действовать как ингибиторы для экструзии антибиотиков, опосредованной выбросом. Пока что не одобрен ни один ингибитор оттока для терапевтического использования, но некоторые из них используются для определения распространенности оттоковых насосов в клинических изоляторах и в исследованиях клеточной биологии. Например, верапамил используется для блокирования выброса флюорофоров, связывающих ДНК, опосредованного гликопротеином P, тем самым облегчая сортировку флуоресцентных клеток по содержанию ДНК. Было показано, что различные природные продукты ингибируют бактериальные насосы для выброса, включая каротиноиды капсантин и капсорубин, флавоноиды ротенон и хризин. Некоторые наночастицы, например оксид цинка, также ингибируют бактериальные насосы для выброса.