Novas Descobertas sobre a Resistência a Antibióticos em Bactérias de TB
Pesquisa revela mecanismos de tolerância a antibióticos em bactérias que causam tuberculose.
Babak Javid, J. Wu, S. Chaudhuri, S. C. Feid, M. Pan, Q. Kawaji, G. Liu
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Índice
A tolerância a antibióticos é quando as bactérias conseguem sobreviver mesmo com a presença de antibióticos. Algumas bactérias são mais suscetíveis a antibióticos por causa da sua genética, mas ainda conseguem resistir a serem mortas por essas drogas. Isso é importante porque torna o tratamento de infecções mais difícil.
Um grupo de bactérias conhecido por ser resistente é o Mycobacterium tuberculosis, que causa tuberculose (TB). Uma nova forma de tolerância a antibióticos foi descoberta nessas bactérias, relacionada à reação delas ao antibiótico Rifampicina. Esse tipo de tolerância é chamado de resistência fenotípica específica da RNA polimerase (RSPR). Diferente de algumas bactérias que entram em um estado parecido com o sono para evitar os antibióticos, as bactérias com RSPR ainda conseguem crescer mesmo quando expostas a altos níveis de rifampicina que normalmente as matariam.
Como a RSPR Funciona
Os pesquisadores identificaram que dois processos principais ajudam o Mycobacterium tuberculosis a desenvolver RSPR. Um desses processos envolve um erro na construção das proteínas pelas bactérias. Normalmente, as bactérias têm equipamentos específicos para anexar os blocos de construção às suas máquinas de produção de proteínas. No entanto, o Mycobacterium tuberculosis não tem algumas proteínas necessárias para fazer isso corretamente. Em vez disso, usa um atalho que às vezes leva a erros ao adicionar os blocos de construção, especialmente em relação à glutamina e à asparagina.
Quando confunde um com o outro, isso pode causar uma situação em que uma parte crítica do alvo da rifampicina é alterada. Essa mudança sutil permite que as bactérias sobrevivam mesmo quando o antibiótico está sendo usado.
Encontrando Maneiras de Reagir
Percebendo isso, os pesquisadores acreditaram que se conseguissem encontrar formas de interferir em como o Mycobacterium tuberculosis faz esses erros, poderiam aumentar a eficácia da rifampicina. Eles descobriram um composto chamado kasugamicina que mostrou potencial para reduzir esses erros e melhorar os efeitos da rifampicina. Mas eles queriam encontrar mais compostos que pudessem ajudar.
Para alcançar esse objetivo, eles vasculharam sistematicamente uma grande coleção de compostos sintéticos para ver se algum poderia diminuir os erros cometidos pelo Mycobacterium tuberculosis. Eles desenvolveram um sistema especial para rastrear quão bem esses compostos funcionavam. O objetivo era encontrar compostos que pudessem ajudar o antibiótico a combater as bactérias de forma mais eficaz sem causar mais problemas.
A Busca por Novos Compostos
Durante o processo de triagem, os pesquisadores encontraram vários compostos que pareciam funcionar bem. Entre eles, havia uma série de compostos conhecidos como benzo[d]isoxazole-4,7-diones. O melhor entre esses compostos reduziu o processo de adaptação errada e também melhorou a eficácia da rifampicina contra o Mycobacterium tuberculosis.
Os pesquisadores continuaram refinando os compostos, procurando aqueles que poderiam funcionar ainda melhor sem serem prejudiciais por si só. Eles criaram análogos dos compostos originais e testaram, resultando em alguns candidatos promissores que eram mais eficazes do que as descobertas iniciais.
Determinando Como os Compostos Funcionam
Com o candidato mais promissor identificado, o próximo passo foi descobrir exatamente como esses compostos funcionavam. Os pesquisadores usaram uma técnica que permitia ver a que proteínas os compostos se ligavam dentro das bactérias. O objetivo era esclarecer quais partes das bactérias eram afetadas pelos compostos.
Através desse processo, eles descobriram que uma proteína específica chamada proteína ribossômica 30S S5 era um alvo chave para seu composto. Essa proteína desempenha um papel vital na ajuda das bactérias a produzirem proteínas, interagindo com suas instruções genéticas. Ao interferir na função do S5, os compostos poderiam levar a menos erros na construção de proteínas, tornando assim as bactérias mais suscetíveis a antibióticos.
Implicações para o Tratamento
Essas descobertas têm um grande potencial para melhorar o tratamento da tuberculose. O tratamento padrão geralmente dura seis meses, mas com a introdução de novos compostos que podem aumentar o efeito da rifampicina, os tempos de tratamento poderiam ser reduzidos.
Essa linha de pesquisa é vital não só para combater a TB, mas também para entender como as bactérias resistem a tratamentos com antibióticos em geral. Ao encontrar maneiras de reduzir essa tolerância, os profissionais de saúde poderiam desenvolver tratamentos mais eficazes que ajudem a eliminar infecções teimosas.
Direções Futuras
Seguindo em frente, há muito a explorar. Entender exatamente como as proteínas ribossômicas interagem com antibióticos e como a tradução bacteriana pode ser manipulada é um aspecto crucial da pesquisa futura. Esse conhecimento pode levar ao desenvolvimento de novas estratégias para combater bactérias resistentes a antibióticos.
Além disso, os métodos desenvolvidos para triagem e identificação de compostos podem ser aplicados a outras infecções bacterianas, expandindo o impacto potencial dessa pesquisa. Ao continuar investigando essas áreas, os pesquisadores podem contribuir na luta contra a resistência a antibióticos, uma ameaça crescente à saúde global.
Conclusão
A tolerância a antibióticos é um problema desafiador, especialmente com bactérias como o Mycobacterium tuberculosis. Ao descobrir novos mecanismos de resistência e identificar compostos que podem combater esses processos, há esperança para tratamentos melhores. Essa pesquisa contínua destaca a importância de entender a biologia bacteriana e o potencial de soluções inovadoras na luta contra doenças infecciosas.
Reconhecer como certas proteínas e processos dentro das bactérias podem ser alvos oferece um caminho para enfrentar uma das questões mais prementes da medicina moderna: a resistência a antibióticos. Cada passo à frente nessa área nos aproxima de tratamentos mais eficazes que podem salvar vidas e melhorar os resultados de saúde em todo o mundo.
Título: Medicinal chemistry of benzoisoxazole-4,7-dione analogues identifies the ribosomal small subunit as a target for specific mycobacterial translational fidelity
Resumo: Mycobacteria have high rates of error in the translation of glutamine and asparagine codons due to a two-step indirect tRNA aminoacylation pathway involving the essential amidotransferase GatCAB. This specific mycobacterial mistranslation is both necessary and sufficient for tolerance to the antibiotic rifampicin. Furthermore, we identified the natural product kasugamycin as a small molecule that could decrease this type of translational error, and potentiate rifampicin-mediated killing of mycobacteria, but whether other small molecules can decrease this specific type of mistranslation is unknown. We screened a library of synthetic small molecules using a pathway-specific whole-cell screen in a reporter strain of Mycobacterium smegmatis for their ability to decrease specific mycobacterial mistranslation. We synthesized 110 analogs of a parent hit compound and analyzed their bioactivity. To identify the cellular target of the compounds, we biotinylated active and inactive analogs and performed pull-down and mass-spectrometry of bound cellular proteins. We identified benzo[d]isoxazole-4,7-diones as a class of small molecules able to decrease mycobacterial mistranslation. Of the 110 analogs synthesized, we identified 10 with superior potency to the parent compound and analyzed the compounds to infer structure-activity relationships. Pull-down and mass spectrometry of bound cellular proteins identified RpS5 as a potential target of active compounds. Our study identified synthetic small molecules able to decrease mycobacterial mistranslation and confirmed that the small ribosomal subunit can be targeted to decrease mistranslation rates arising from physiologically mischarged tRNAs. Targeting mistranslation may be a potentially attractive means of targeting antibiotic-tolerant bacteria.
Autores: Babak Javid, J. Wu, S. Chaudhuri, S. C. Feid, M. Pan, Q. Kawaji, G. Liu
Última atualização: 2024-10-21 00:00:00
Idioma: English
Fonte URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.10.20.619312
Fonte PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.10.20.619312.full.pdf
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