Effluxpumpen

Effluxpumpen sind  Proteinsysteme die sowohl in der Wand von Bakterien als auch in eukaryontischen Zellen Transporterfunktionen einnehmen. Die Bezeichnung Effluxpumpe ist ein veralteter Name für Membran-ATPasen und Membrantransporter die Moleküle aus der Zelle hinaus befördern.

Effluxpumpen können in 5 große Familien unterteilt werden:

• die Small Multidrug Resistance (SMR) – Familie
• die Resistance Nodulation-Cell Division (RND) – Familie
• die ATP-Binding Cassette (ABC) – Familie
• die Multidrug and Toxic Compound Extrusion (MATE) – Familie
• die Major Facilitator Superfamilie (MFS).

Inhibitoren gegen Effluxpumpen existieren zwar bereits. Sie sind jedoch klinisch nicht einsetzbar, weil sie nicht nur Antibiotika transportieren.  

Im Genom eines Bakteriums gibt es eine Vielzahl von Genen, die für verschiedene Transporter (Influx und Efflux) kodieren. So haben z.B. 20% der Genprodukte von Laktobazillen eine solche Transporterfunktion (Hof H 2019). Der aktive Transport einer Substanz aus der Zelle, der sogenannte Efflux, nimmt eine wichtige Rolle bei Antibiotikaresistenzen ein. Ein besonderes Problem stellen Multidrug Resistance (MDR)-Effluxpumpen dar.

Effluxpumpen (Membrantransporter) schleusen eine Vielzahl strukturell unverwandter Substrate aus der Zelle heraus. Dies gilt auch für Antibiotika die aus der Zelle heraustransportiert werden bevor sie ihre eigentlichen Zielproteine erreicht. Somit sind Effluxpumpen Ursache für einen unspezifischen Resistenzmechanismus dar. Effluxpumpen sind u.a. auch für die Antibiotikaresistenz von Bakterien und die Resistenz von Pilzen gegen Antimykotika verantwortlich. So sind beispielsweise alle Proteusbakterien auf Grund von Effluxpumpen  generell resistent gegen Tetrazykline. Einige Effluxpumpen sind auf bestimmte Antibiotika spezialisiert. Bemerkenswerterweise können Bakterien bei Bedarf die Expression von bestimmter Effluxstrukturen hochregulieren.    

Beispielsweise werden die Gene der einzelnen ABC-Transporter mit einem Großbuchstaben und einer Zahl bezeichnet. Z. B. kodiert ABCB1 das „permeability glycoprotein“ P-gp.  ABC-Transporter wurden zuerst als Resistenzfaktoren von Chemotherapeutika (Zytostatika) erkannt und haben häufig entsprechende Synonyme wie MDR1 (multiple drug resistance protein 1). Da Transporter häufig auf der apikalen (nach außen gerichteten) Seite der Zellmembran exprimiert werden, wurden ihnen auch CD-Nummern zugeordnet, z. B. CD243 für P-gp (CD = cluster of differentiation, bezeichnet Oberflächenproteine von Zellen). Arzneistoffe, die in eine Tumorzelle gelangt sind, können von Transportern wieder aus der Zelle ausgeschleust werden, was als Chemoresistenz des Tumors bezeichnet wird.

1. Hof H (2019). Gundlagen der antibakteriellen Chemotherapie. In: Hof H, Schlüter D, Dörries R, Hrsg. Duale Reihe Medizinische Mikrobiologie. 7., vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage. Stuttgart: Thieme S 311-313