Usuário(a):Mariana P Azevedo/Testes

Produção de antibióticos

Antibióticos são substâncias originárias do metabolismo de bactérias e de fungos. O primeiro a ser produzido em escala industrial foi a penicilina, e foi o ponto de partida para que através de conhecimentos biotecnológicos outros medicamentos antimicrobianos de alta eficiência contra esses microrganismos fossem desenvolvidos e comercializados.

A síntese desses medicamentos ocorre de diferentes formas, entretanto, a produção via processos fermentativos aeróbios tem se tornado um referencial como rota sintética por ser de fácil reprodutibilidade e ter rendimentos considerados bons tendo em vista que antibióticos são macromoléculas complexas.

A classificação de antimicrobianos pode ser a partir tipo de cepa produtora, da estrutura química da susbtância produzida pelo metabolismo secundário, pelo seu espectro de atividade e também em relação ao seu mecanismo de ação. E, dessa maneira, o mecanismo de ação de um antibiótico é como este interfere no organismo do patógeno, assim, poderá atuar por exemplo, na inibição da síntese de proteínas de uma bactéria, pois irá ter como alvo a subunidade 50S ribossomal. E também poderá interferir na síntese da produção da parede celular, uma vez que irá impedir a formação da ligação das cadeia de peptideoglicano, tendo como alvo a enzima transpeptidase.

Bactérias resistentes à antibióticos

As Pseudomonas aeruginosa são bactérias estritamente aeróbias, gram-negativas e que possuem formato característico de bacilos retos ou levemente encurvados. Elas podem ser encontradas em solos, águas, vegetais. E utilizam a glicose e/ou outros carboidratos como fonte para a respiração oxidativa.

São as principais causadoras de infecções hospitalares, principalmente nos que tratam pacientes imunodeprimidos, e afeta principalmente o sistema respiratório, mas também pode causar infecções no sistema urinário bem como infecções sanguíneas. O que se sabe atualmente é que fatores como fibrose cística, ventilação mecânica e queimadura em pacientes hospitalizados os tornam muito suscetíveis de contraírem uma infecção causada por essa bactéria. E as infecções estão associadas a utilização de cateteres e de sondas.

E o que o torna um patógeno altamente perigoso é sua capacidade de resistir à antibióticos e aos antissépticos. Esse conjunto de fatores levou a Organização Mundial da Saúde (OMS) a declarar que novos métodos de eliminação desse patógeno devem ser desenvolvidos com urgência.

Essas bactérias geralmente vivem em colônias e formam biofilmes e para que consigam sobreviver nesses ambientes, necessitam captar nutrientes ao mesmo tempo que devem eliminar outras bactérias que possam ameaçar sua existência. Elas possuem o sistema de secreção do tipo VI, que é capaz de liberar toxinas, e que é um dos fatores de virulência que torna as Pseudomonas aeruginosa letais. O SST6 tem a potencial capacidade de translocar os substratos para o interior das células de procariotos e de eucariotos. Dessa maneira, ao liberarem a toxina no meio em que estão inseridas, conseguem manter o espaço seguro e livre de outros microrganismos que queiram competir por espaço.

Mecanismos de resistência de Pseudomonas aeruginosa

As Pseudomonas aeruginosa são naturalmente resistentes a diversos antibióticos, e também são capazes de desenvolver resistências a diversos outros medicamentos. Essa alta tendência de inibir os efeitos dos antibióticos se deve a sua estrutura física: esses microrganismos possuem uma dupla membrana composta por lipopolissacarídeos ou endotoxinas, que são os componentes considerados importante ao folheto externo da membrana. A membrana dupla envolve a célula bacteriana, resultando em uma barreira mecânica que impede a ação de alguns medicamentos.

E dentre outros mecanismos utilizados como o de hiperexpressão de sistema de efluxo, da alteração da permeabilidade da membrana (citado acima), da síntese de proteínas que se ligam à penicilina que tem baixa afinidade por 𝛃-lactâmicos, pode-se citar um dos mais importantes, que é o de produção da enzima 𝛃-lactamase. Essa enzima está localizada na região periplasmática de Pseudomonas aeruginosa, e conseguem inativar os 𝛃-lactâmicos a partir do momento em que eles atravessam a membrana externa e antes que esses consigam realizar a ligação com a molécula-alvo.

Essas enzimas são capazes de romper as ligações do anel  𝛃-lactâmico, o que leva ao rompimento da ligação amida presente, formando produtos que não tem ação de inibir a atividades das bactérias,  e dessa maneira inativa a ação do antimicrobiano.

E dessa forma, por possuírem alta resistência aos antibióticos são tabelados os grupos antimicrobianos bem como existem critérios para a sua utilização, como pode ser visto na tabela abaixo:

Antimicrobiano	Requisitos para sua utilização
Clindamicina	Infecções de pele, como em pé de diabéticos
Cefazolina	Infecções no trato respiratório que não obteve êxito ao tratamento inicial com Cefalosporinas
Ceftriaxona	Infecções Hospitalares respiratórias e do trato urinário
Pefloxacino	Infecções urinárias ou do trato respiratório, que não podem ser tratadas por via oral e quando se quer preservar a função renal

O sistema de secreção do tipo VI e sua interação com o complexo multiproteico bacteriano

Os sistemas de secreção são complexos dinâmicos e macromoleculares de bactérias que tem como função o transporte de algumas moléculas que saem do interior do citoplasma e vão para o meio extracelular, e em alguns casos, para o interior de outras células. A capacidade de translocar substratos ocorre por conta de tubos contínuos que atravessam a membrana celular bacteriana, em alguns casos o transporte de uma molécula do interior do citoplasma para a célula-alvo pode ocorrer em apenas uma etapa, e em outros casos, são necessários mais uma etapa. Em síntese, o sistema de secreção atua conectando a bactéria estando em seu próprio meio com outras células.

Atualmente, são descritos nove tipos desses sistemas, sendo o sistema de secreção do tipo VI, o mais recente sistema de secreção de bactérias  Gram-negativas estudado, revelou ser bem comum nas mais variadas espécies deste grupo de microrganismos. E é ele que garante a capacidade de sobrevivência do agente infeccioso nos fagocitosos, e com sua permanência no interior da célula, ocorre a infecção. Ele tem como função translocar uma grande variedade de moléculas efetoras, e permite que a célula da bactéria, predadora, mate as células-presa de procariotos e eucariotos.

No estudo realizado pelos pesquisadores de uma universidade de Londres, revelou-se que a partir do mecanismo de secreção do tipo VI (T6SS), funciona da seguinte maneira: ao entrar em contato com os microrganismos, ocorre a injeção das toxinas em suas células, através de um mecanismo molecular contrátil. Identificou-se que a toxina, ts8, é capaz de inibir a biossíntese de proteínas em células-alvo pois tem como alvo o transamidossoma bacteriano de procariotos, que é um complexo multiproteico o qual está envolvido na biossíntese dos aminoácidos asparagina e/ou glutamina.

Como visto, a forma principal interação com o ambiente ao redor e com outras bactérias é através de proteínas secretadas. Como é possível perceber, esse mecanismo evoluiu juntamente da necessidade do microrganismos de se adaptar ao ambiente no qual está inserido e também para adquirir nutrientes do meio.

Esses efetores tem como principais alvos a parede celular, que é atacada por muramidases, hidrolases de glicosídeo, os ácidos nucleicos que são alvos de nucleases, e também as membranas das células procarióticas, que são degradadas por ação de lipases. Dessa forma, o invasor é capaz de competir por espaço eliminando as bactérias concorrentes,

E para se proteger do ataque dessas toxinas, bem como as células-irmãs, as P. aeruginosa são protegidas dos efeitos das toxinas pois são capazes de produzir proteínas da imunidade cognata, as quais são codificadas adjacentes ao gene da toxina no genoma, e que tem por objetivo neutralizar os efeitos dos efetores. A proteção se dá por conta da formação dos pares entre a proteína de imunidade e seu par efetor (a toxina liberada), e essa ligação é essencial para a sobrevivência da célula e para que a bactéria seja capaz de competir por espaço.

Mecanismos de interação ts8 - transamidossoma

A pesquisa realizada apresenta como resultado o processo de como ocorre a inibição da síntese do complexo que produz proteínas, e dessa maneira, revela que a presença da toxina ts8 resulta na interação da mesma com os componentes GatA, GatB e GatC do complexo multiproteico, o que leva a alteração da estrutura conformacional do transamidossoma, de forma que há um acúmulo do GatA em GatBC, e assim leva a alteração da função do complexo, limitando a capacidade da célula de sintetizar proteínas.

Identificação da toxina e de seu par de gene de imunidade

No estudo, identificou-se as toxinas de Pseudomonas aeruginosa por sequenciamento do local de inserção dirigido por transposon (TraDIS) e também os vários pares de genes de imunidade à toxina ts8 do T6SS, como a proteína tsi8 de imunidade cognata. Essas proteínas podem ser utilizadas para fins terapêuticos.

Compreender como ocorre no, processo de transcrição genéticas em relação a quais sequências genéticas de uma bactéria codificam, e portanto, estão ligados a sua sobrevivência não é tão óbvio. Apesar de se ter conhecimento do genótipo, muito pouco é compreendido sobre fenótipo bacteriano. Em estudos atuais para compreender essa relação, utiliza-se a técnica traDIS tradicional, onde são feitas mutações nos genes, em diferentes condições ambientais, e então é possível  compreender a inativação de um gene através inserção do transposon, resultando em alterações no fenótipo. Transposons são os genes capazes de inserir cópias de si em outros locais dos genomas. Novas técnica de traDIS, como a Express, tem como vantagem a possibilidade de estudar um genoma bacteriano inserindo todos os genes simultaneamente no alvo, e dessa forma, os genes de importância à sobrevivência dos microrganismos serão rapidamente detectados a maneira em que se alteram as condições externas.

Conclusão

Com a crescente quantidade de bactérias que rapidamente desenvolvem mecanismos de multirresistência aos antibióticos, como é o caso de Pseudomonas aeruginosa, faz-se necessário a descoberta de novos caminhos para o desenvolvimento e produção de novos medicamentos, uma vez que a bactéria Pseudomona aeruginosa é classificada como um patógeno de alto risco e cada ano que passa torna-se mais resistente aos antibióticos que são comercializados atualmente. E com a escassez de antimicrobianos capazes de inibir a atividade delas, cada vez mais estudos focados em mecanismos celulares, moleculares e genéticos são necessários para que se entenda como ocorrem os mecanismos de resistência desses grupos. E dessa maneira, compreender como ocorre o funcionamento genético que permite que as bactérias consigam sobreviver bem como resistir às diferentes condições ambientais as quais estão expostas, permitirá a criação de novos medicamentos e/ou agentes de limpezas capazes de controlar o crescimento das mesmas ou até mesmo eliminá-las. Somente com um rígido controle acerca das infecções hospitalares, tanto como o monitoramento do surgimento de novas cepas multirresistentes será possível a redução da circulação desses patógenos nos ambientes hospitalares e comunitários.