RESUMO
Penicillin-binding proteins (PBPs), the main targets of beta-lactam antibiotics, are membrane-associated enzymes that catalyze the two last steps in the biosynthesis of peptidoglycan. In Streptococcus pneumoniae, a major human pathogen, the surge in resistance to such antibiotics is a direct consequence of the proliferation of mosaic PBP-encoding genes, which give rise to proteins containing tens of mutations. PBP2b is a major drug resistance target, and its modification is essential for the development of high levels of resistance to piperacillin. In this work, we have solved the crystal structures of PBP2b from a wild-type pneumococcal strain, as well as from a highly drug-resistant clinical isolate displaying 58 mutations. Although mutations are present throughout the entire PBP structure, those surrounding the active site influence the total charge and the polar character of the region, while those in close proximity to the catalytic nucleophile impart flexibility onto the beta3/beta4 loop area, which encapsulates the cleft. The wealth of structural data on pneumococcal PBPs now underlines the importance of high malleability in active site regions of drug-resistant strains, suggesting that active site "breathing" could be a common mechanism employed by this pathogen to prevent targeting by beta-lactams.
Assuntos
Proteínas de Ligação às Penicilinas/química , Proteínas de Ligação às Penicilinas/metabolismo , Streptococcus pneumoniae/efeitos dos fármacos , Streptococcus pneumoniae/metabolismo , Resistência beta-Lactâmica/fisiologia , Sequência de Aminoácidos , Sítios de Ligação/genética , Cristalografia por Raios X , Genes Bacterianos , Humanos , Modelos Moleculares , Dados de Sequência Molecular , Mutação , Proteínas de Ligação às Penicilinas/genética , Conformação Proteica , Estrutura Terciária de Proteína , Homologia de Sequência de Aminoácidos , Streptococcus pneumoniae/genética , Streptococcus pneumoniae/patogenicidade , Resistência beta-Lactâmica/genéticaRESUMO
Class A penicillin-binding proteins (PBPs) catalyze the last two steps in the biosynthesis of peptidoglycan, a key component of the bacterial cell wall. Both reactions, glycosyl transfer (polymerization of glycan chains) and transpeptidation (cross-linking of stem peptides), are essential for peptidoglycan stability and for the cell division process, but remain poorly understood. The PBP-catalyzed transpeptidation reaction is the target of beta-lactam antibiotics, but their vast employment worldwide has prompted the appearance of highly resistant strains, thus requiring concerted efforts towards an understanding of the transpeptidation reaction with the goal of developing better antibacterials. This goal, however, has been elusive, since PBP substrates are rapidly deacylated. In this work, we provide a structural snapshot of a "trapped" covalent intermediate of the reaction between a class A PBP with a pseudo-substrate, N-benzoyl-D-alanylmercaptoacetic acid thioester, which partly mimics the stem peptides contained within the natural, membrane-associated substrate, lipid II. The structure reveals that the D-alanyl moiety of the covalent intermediate (N-benzoyl-d-alanine) is stabilized in the cleft by a network of hydrogen bonds that place the carbonyl group in close proximity to the oxyanion hole, thus mimicking the spatial arrangement of beta-lactam antibiotics within the PBP active site. This arrangement allows the target bond to be in optimal position for attack by the acceptor peptide and is similar to the structural disposition of beta-lactam antibiotics with PBP clefts. This information yields a better understanding of PBP catalysis and could provide key insights into the design of novel PBP inhibitors.
Assuntos
Alanina/análogos & derivados , Proteínas de Bactérias/química , Proteínas de Bactérias/metabolismo , Proteínas de Ligação às Penicilinas/química , Proteínas de Ligação às Penicilinas/metabolismo , Acilação , Alanina/metabolismo , Proteínas de Bactérias/classificação , Proteínas de Bactérias/genética , Proteínas de Bactérias/isolamento & purificação , Sítios de Ligação , Catálise , Cristalografia por Raios X , Glicosilação , Ligação de Hidrogênio , Hidrólise , Interações Hidrofóbicas e Hidrofílicas , Cinética , Ligantes , Espectrometria de Massas , Modelos Químicos , Modelos Moleculares , Estrutura Molecular , Peso Molecular , Proteínas de Ligação às Penicilinas/classificação , Proteínas de Ligação às Penicilinas/genética , Proteínas de Ligação às Penicilinas/isolamento & purificação , Ligação Proteica , Conformação Proteica , Estrutura Secundária de Proteína , Estrutura Terciária de Proteína , Análise Espectral Raman , Eletricidade Estática , Streptococcus pneumoniae/química , Streptococcus pneumoniae/genética , Especificidade por SubstratoRESUMO
Atualmente, a coqueluche representa um crescente problema de saúde pública em países desenvolvidos. A despeito das altas coberturas vacinais, observa-se um aumento nos coeficientes de incidência em todas as faixas etárias. Essa situação suscita novas estratégias epidemiológicas, como a indicação de vacina acelular em adolescentes e adultos jovens. Ao mesmo tempo, no Brasil, não há dados que comprovem essa emergência da coqueluche, mesmo porque a introdução da vacinação em massa no País ocorreu muito recentemente em relação aos países desenvolvidos. O presente trabalho é um estudo descritivo da situação epidemiológica da coqueluche nos últimos sete anos (1999 a 2005), realizado com base nos casos suspeitos e confirmados, abrangendo as cidades que compreendem a DIR XV Piracicaba.
