HEMOLYSIINI: OMINAISUUDET, TYYPIT, VAIKUTUSMEKANISMIT - BIOLOGIA - 2026

Hemolysiinin on pieni proteiini, joka aiheuttaa huokoset solussa erytrosyyttien ja joitakin muita oma verisolujen nisäkkäiden kalvon. Patogeeniset bakteerit syntetisoivat ja erittävät sen yleensä.

Tämä proteiini on yksi yleisimmistä mikrobitoksiineista ja se, jota on tutkittu parhaiten. Joskus se voi aiheuttaa hemolyyttistä anemiaa, koska niiden kanavien lukumäärä, joiden läpi solun sisustus poistuu, voi jopa aiheuttaa solujen hajoamista.

Hemolysiinin molekyylirakenne (Lähde: Jawahar Swaminathan ja MSD: n henkilökunta Euroopan bioinformatiikan instituutissa Wikimedia Commonsin kautta)

Yleensä hemolysiini on tyypillinen suoliston Streptococcus-lajien toksiini. Sen toiminnan avulla bakteerit voivat rikkoa suoliston epiteelisulun ja siirtyä siten verenkierron läpi kolonisoimaan muut kudokset.

Yleisin muoto, jota hemolysiini löytyy luonnosta, on α-hemolysiinimuodossaan. Tämä proteiini on yksi tärkeimmistä virulenssitekijöistä useimmissa Escherichia coli -kannoissa ja joissain klostridioissa.

Suurin osa virtsatieinfektioista johtuu Escherichia coli -kannoista, jotka tuottavat α-hemolysiiniä, jolla on hemolyyttisiä ominaisuuksia.

Hemolysiinin ja bakteriosiinin tuottaminen bakteerikannoissa on ollut yhteydessä kilpailumekanismiin muita lajeja vastaan, ja molempien toksiinien tuotanto näyttää riippuvan samoista geneettisistä tekijöistä bakteerien perimässä.

ominaisuudet

Hemolysiini koostuu seitsemästä alayksiköstä ja sitä koodaavassa geenissä on seitsemän promoottoria. Nämä seitsemän alayksikköä työnnetään kohdesolujen plasmamembraaniin ja muodostuessaan yhteen ionikanavan, jonka läpi metaboliitit poistuvat solun sisäpuolelta.

Hemolysiini on solunulkoisesta kalsiumista (Ca + 2) riippuvainen sytotoksiini, joka vaikuttaa verenkiertoon kuuluvien solujen plasmamembraaniin. Sen kalvoon luomat huokoset ovat myös hydrofiilisiä ja aiheuttavat veden pääsyn solun sisätilaan, mikä voi johtaa hajoamiseen.

Hemolysiinit ovat gram-negatiivisten bakteerien tyypillisiä proteiinituotteita, ja niillä kaikilla on kaksi ominaisuutta:

1- Hyvin pienen peptidin (nonapeptidin) läsnäolo, joka koostuu aminohappojen glysiinin ja asparagiinihapon toistoista. Hemolysiinin nonapeptidit sijaitsevat lähellä proteiinin primaarirakenteen C-terminaalista osaa.

2- Bakteerit erittävät kaikki hemolysiinit solunulkoiseen ympäristöön ABC-tyyppisen kuljettimen (ATP-sitova kasetti) kautta.

Hemolysiinituotanto havaitaan yleensä bakteerikannoissa kasvattamalla veriagar-alustaa. Testissä havaitaan hemolyyttinen halo, tuote punasolujen hajoamisesta lähellä bakteeripesäkkeitä.

Tyypit

Hemolysiinejä on useita erityyppisiä, ja ne luokitellaan kreikan kirjaimella nimensä alussa. Eniten tutkittuja ja yleisimpiä ovat α-, β- ja γ-hemolysiinit, jotka kaikki ovat Staphylococcus aureus -kannan tuottamia.

Hemolysiinityypit luokitellaan solualueen mukaan, jota ne hyökkäävät, ja proteiinin primaarisen rakenteensa perusteella.

α-hemolysiini

Tämä proteiini on tyypillinen Staphylococcus aureus- ja Escherichia coli -kannoille; se hyökkää neutrofiileihin, punasoluihin, lymfosyytteihin, makrofageihin, aikuisten ja alkion fibroblasteihin. Se on vuorovaikutuksessa näiden solujen plasmamembraanilipidien polaaristen päiden kanssa sisäistääkseen noin 5 hydro: n hydrofobisen hännän kalvon sisällä.

β-hemolysiini

Staphylococcus aureuksen tuottamassa pienemmässä määrin kuin α-hemolysiiniä, β-hemolysiini hyökkää ensisijaisesti punasoluihin ja tulee kalvoon yksinomaan solukalvon sfingomyeliinirikkaiden domeenien kautta.

γ-hemolysiini

Sitä on havaittu myös Staphylococcus aureuksessa. Se on luokiteltu hemolyyttiseksi proteiiniksi ja leukotoksiiniksi samanaikaisesti, koska se vaikuttaa ihmisten polymorfonukleaarisiin soluihin, monosyyteihin, makrofageihin ja harvoin jopa punasoluihin.

Tämän tyyppinen y-hemolysiini on yksi vähiten karakterisoituja, joten suurta osaa sen mekanismista ei tunneta eikä sitä ole tutkittu in vivo.

Toimintamekanismit

Vaikutusmekanismi, joka on suhteellisen selvästi selvitetty, on a-hemolysiini. Kuitenkin, koska ne kaikki ovat hemolyyttisiä proteiineja, useimpien prosessien ajatellaan olevan yhteisiä kaikille hemolysiinille.

Tutkijat ehdottavat, että bakteerien erittäessä hemolysiiniä ympäristöön heidän on oltava ravinnepitoisessa mikroympäristössä, joten tämä olisi mekanismi, joka laukaisee solun tuhoamaan kohdesolut ja hankkimaan niiden ravintoaineet.

Mekanismi on kuvattu kolmessa vaiheessa: solukalvojen sitoutuminen, insertio ja oligomerointi.

Kalvosidos

Hemolysiinien on havaittu kykenevän sitoutumaan neutrofiilien integriiniin ja näiden punasolujen proteiinien on osoitettu sitoutuvan glykosyloituneisiin komponentteihin, kuten solukalvon glykoproteiineihin, gangliosideihin ja glykophoriiniin.

Jotkut kirjoittajat ehdottavat, että reseptorien läsnäolo kalvossa ei ole välttämätöntä hemolysiinien sitoutumisen tapahtumiseksi. Joka tapauksessa proteiinin solujen uudelleen syömisen mekanismia ei vielä tunneta tarkkuudella.

Staphylococcus hemolysin -proteiinin muodostama läpäisevä huokos (lähde: Laskeutumisen tekijät: Song, L., Hobaugh, M., Shustak, C., Cheley, S., Bayley, H., Gouaux, JE; visualisoinnin tekijä: Käyttäjä: Astrojan Wikimedia Commonsin kautta)

Vuorovaikutus kalvon kanssa tapahtuu kahdessa vaiheessa:

- Alkuperäinen sitoutuminen (palautuva): kun hemolysiini sitoutuu kalvon kalsiumia sitoviin domeeneihin. Tämä vaihe tapahtuu pinnalla ja on erittäin herkkä sähköstaattiselle purkaukselle.

- Peruuttamaton liitoskohta: yhdistää aminohappodomeenit kohdesolujen plasmamembraanin ulkokerroksen lipidikomponenttien kanssa fysikaalisten sidosten muodostamiseksi membraanin hydrofobisten yhdisteiden välille.

Toksiinin lisääminen kalvoon

Α-Hemolysiini insertoi tähteet 177 ja 411 ensimmäiseen lipidimonokerrokseen. Solunulkoisessa ympäristössä hemolysiini liittyy kalsiumioneihin, jotka indusoivat siinä rakenteellisen järjestelyn ja edistävät sen aktivoitumista.

Tämä insertio vakiinnuttaa peruuttamattoman kiinnittymisen solukalvoon. Kun järjestely on tapahtunut, hemolysiinistä tulee kiinteä proteiini, koska kokeellisesti on osoitettu, että ainoa tapa erottaa se kalvosta on käyttää pesuaineita, kuten Triton X-100.

oligomeroinnin

Kun kaikki hemolysiini on insertoitu kohdesolujen plasmamembraaniin, se muodostavien 7 alayksikön oligomerointi tapahtuu, joka päättyy proteiiniporan muodostumiseen, erittäin dynaaminen, mutta riippuen kalvon lipidikoostumuksesta.

On havaittu, että solukalvon mikrotunnukset tai lipidilautat suosivat oligomerointiprosessia. Nämä alueet eivät ehkä suosi proteiinin sitoutumista, mutta ne suosivat saman proteiinin oligomerointia lisätyn jälkeen.

Mitä enemmän hemolysiinejä sitoutuu kalvoon, sitä enemmän huokosia muodostuu. Lisäksi hemolysiinit voivat oligomeroida toisiaan (vierekkäisiä) ja muodostaa paljon suurempia kanavia.

Viitteet

1. Bakás, L., Ostolaza, H., Vaz, WL, & Goñi, FM (1996). Escherichia coli alfa-hemolysiinin palautuva adsorptio ja peruuttamaton insertio lipidikaksoiskerroksiin. Biofyysinen päiväkirja, 71 (4), 1869 - 1876.
2. Dalla Serra, M., Coraiola, M., Viero, G., Comai, M., Potrich, C., Ferreras, M.,… ja Prévost, G. (2005). Staphylococcus aureus -komponenttiset y-hemolysiinit, HlgA, HlgB ja HlgC, voivat muodostaa sekahuokosia, jotka sisältävät kaikki komponentit. Lehti kemiallisista tiedoista ja mallinnuksesta, 45 (6), 1539-1545.
3. Gow, JA, ja Robinson, J. (1969). Puhdistetun stafylokokkien β-hemolysiinin ominaisuudet. Journal of bakteriology, 97 (3), 1026-1032.
4. Ike, Y., Hashimoto, H., & Clewell, DB (1984). Streptococcus faecalis alalaji zymogenes -bakteerin hemolysiini edistää virulenssia hiirissä. Infektio ja immuniteetti, 45 (2), 528 - 530.
5. Remington, JS, Klein, JO, Wilson, CB, Nizet, V., ja Maldonado, YA (toim.). (1976). Sikiön ja vastasyntyneen tartuntataudit (osa 4). Philadelphia: Saunders.
6. Todd, EW (1932). Antigeeninen streptokokkinen hemolysiini. Journal of Experimental Medicine, 55 (2), 267 - 280.