- A flagellum infrastruktúrája és a mobilitás
- A flagellin felépítése
- Flagellar filamentumok növekedése baktériumokban
- A flagellin mint az immunrendszer aktivátora
- Flagellin és növények
- Flagellin adjuvánsként
- A flagellin egyéb felhasználásai
- Irodalom
A flagellin a szálak fehérje, amely szerkezet a baktériumok flagella része. A baktériumok túlnyomó többségében csak egy típusú flagellin található. Néhányuknak azonban kettőnél több van.
Ennek a proteinnek a molekuláris mérete 30 kDa és 60 kDa között változhat. Például az Enterobacteriaceae-ban molekuláris mérete nagy, míg egyes édesvízi baktériumokban kicsi.
Forrás: Dartmouth elektronmikroszkópos eszköz, Dartmouth Főiskola
A flagellin egy virulencia faktor, amely lehetővé teszi a gazdasejt adhézióját és invázióját. Ezenkívül számos olyan sejt erőteljes aktivátora, amely részt vesz a veleszületett és adaptív immunválaszban.
A flagellum infrastruktúrája és a mobilitás
A flagellum a sejt felületéhez van rögzítve. Három részből áll: 1) az izzószál, amely nyúlik a cella felületétől és merev, üreges hengeres szerkezetű; 2) az alaptest, amely be van ágyazva a sejtfalba és a membránrétegekbe, és több gyűrűt alkot; és 3) a horog, egy rövid ívelt szerkezet, amely összeköti az alaptestet az izzószállal.
Az alaptest a flagellum legösszetettebb része. Gramnegatív baktériumokban négy gyűrűvel kapcsolódik egy központi oszlophoz. Grampozitív módon két gyűrűvel rendelkezik. A flagellum forgási mozgása az alaptestben zajlik.
A flagella elhelyezkedése a baktériumok felületén nagymértékben eltér az organizmusoktól, és lehet: 1) monoterikus, csak egyetlen flagella esetén; 2) poláris, kettő vagy több; vagy 3) peritrichous, sok oldalsó flagella-val. Vannak endoflagellak is, mint a spirochetesben, amelyek a periplazma térben helyezkednek el.
A Helicobacter pylori nagyon mobil, mert hat-nyolc egypólusú flagella van. A nyálkon átmenő pH-gradiens lehetővé teszi a H. pylori számára, hogy orientálódjon, és az epiteliális sejtek szomszédságában helyezkedjen el. A Pseudomonas poláris flagellummal rendelkezik, amely cukrok által okozott kemotaxist mutat és virulenciával jár.
A flagellin felépítése
A flagellinfehérje-szekvencia feltűnő tulajdonsága, hogy N-terminális és C-terminális régiója erősen konzerválódott, míg a központi régió erősen változó ugyanazon nemzetség fajai és alfajai között. Ez a hipervariábiliság a Salmonella spp. Több száz szerotípusáért felelős.
A flagellin molekulák kölcsönhatásba lépnek a terminális régiókban és polimerizálódnak, hogy filamentumot képezzenek. Ebben a terminális régiók az izzószál hengeres szerkezetének belső része felé helyezkednek el, míg a középső rész kifelé van kitéve.
Ellentétben a tubulinszálakkal, amelyek só nélkül polimerizálódnak, a baktériumok fiókjai nagyon stabilak a vízben. Körülbelül 20.000 alegység tubulin alkot rostot.
Kétféle flagellin polimerizálódik a H. pylori és Pseudomonas aeruginosa filamentumokban: a FlaA és a FlaB, amelyeket a fliC gén kódol. A FlaA-k heterogének és több alcsoportra oszthatók, molekulatömegük 45 és 52 kDa között változhat. A FlaB homogén, 53 kDa molekulatömegű.
Gyakran metilezik a flagellinek lizinmaradványait. Ezenkívül vannak más módosítások is, például a FlaA glikozilezése és a FlaB tirozinmaradékainak foszforilezése, amelyek funkciói a virulencia és az exportjel.
Flagellar filamentumok növekedése baktériumokban
A baktériumok sértetlensége kísérletileg kiküszöbölhető, és regenerációját meg lehet vizsgálni. A flagellin alegységeket ezen szerkezet belső szakaszán szállítják. Amikor elérték a végséget, az alegységeket spontán módon hozzáadják egy HAP2 vagy FliD nevű protein ("cap protein") segítségével.
Az izzószál szintézise a saját összeállításán keresztül történik; vagyis a flagellin polimerizációja nem igényel enzimeket vagy faktorokat.
Az izzószál összeszereléséhez szükséges információ maga az alegységben található. Így a flagellin alegységek polimerizálódnak, hogy tizenegy protofilamentet képezzenek, amelyek komplexet képeznek.
A P. aeruginosa és a Proteus mirabilis flagellin szintézisét olyan antibiotikumok, mint eritromicin, klaritromicin és azitromicin gátolják.
A flagellin mint az immunrendszer aktivátora
Az első vizsgálatok azt mutatták, hogy a szalmonellaból származó szubnanomoláris koncentrációban a flagellin potenciálisan indukálja a citokineket egy promonocitikus sejtvonalban.
Ezt követően kimutatták, hogy a gyulladás előtti válasz indukciója a flagellin és a veleszületett immunrendszer sejtjeinek felszíni receptorai közötti kölcsönhatást foglalja magában.
A flagellinnel kölcsönhatásba lépő felszíni receptorok a toll-5 típusúak (TLR5). Ezt követően a rekombináns flagellinnel végzett vizsgálatok azt mutatták, hogy amikor a hipervariábilis régió hiányzik, nem képes immunválaszt kiváltani.
A TLR5-k jelen vannak az immunrendszer sejtjeiben, például a limfocitákban, neutrofilekben, monocitákban, makrofágokban, dendritikus sejtekben, hámsejtekben és nyirokcsomókban. A bélben a TLR5 szabályozza a mikrobiota összetételét.
A gram-negatív baktériumok általában a III. Típusú szekréciós rendszert használják a flagellinnek a gazdasejt citoplazmájába történő áthelyezéséhez, amely intracelluláris események sorozatát váltja ki. Így az intracelluláris tápközegben a flagellint felismerik a NAIP család proteinjei (egy apoptózist gátló protein / NLR család).
Ezt követően a flagellin-NAIP5 / 6 komplex kölcsönhatásba lép a NOD-szerű receptorral, amely generátor válaszát generálja a fertőzésre és a károsodásra.
Flagellin és növények
A növények felismerik ezt a fehérjét egy flagellin-érzékelő 2 (FLS2) útvonalon. Ez utóbbi leucin ismétlésben gazdag receptor kináz, és homológ a TLR5-vel. FLS ”kölcsönhatásba lép a flagellin N-terminális régiójával.
A flagellinnek az FLS2-hez történő kötődése a MAP-kináz-út foszforilációját eredményezi, melynek során a gombák és baktériumok által okozott fertőzés elleni védelmet közvetítő fehérjék szintézisébe kerül sor.
Egyes éjjeli növényekben a flagellin kötődhet az FLS3 receptorhoz. Ilyen módon megvédik magukat a kórokozók ellen, amelyek elkerülik az FLS2 által közvetített védelmet.
Flagellin adjuvánsként
Az adjuváns olyan anyag, amely növeli az antigénre adott celluláris vagy humorális választ. Mivel sok oltás rossz immunválaszt eredményez, jó adjuvánsokra van szükség.
Számos tanulmány bizonyította a flagellin adjuváns hatékonyságát. Ezek a vizsgálatok rekombináns flagellin vakcinákban történő felhasználását tartalmazták, állati modellek alkalmazásával. Ennek a proteinnek azonban még nem telt el a klinikai vizsgálatok I. fázisa.
A vizsgált rekombináns flagellinek között szerepelnek: flagellin - az influenzavírus hematoglutinin 1. epitópja; a Schistosoma mansoni flagellin-epitópja; flagellin - hőstabil toxin E. coliból; flagellin - Plasmodium felszíni protein 1; és a Nílus vírus flagellin-burkolófehérjeje, többek között a rekombinánsok között.
Van néhány előnye annak, hogy a flagellint adjuvánsként alkalmazzák az emberi felhasználásra szánt vakcinákban. Ezek az előnyök a következők:
1) Hatékony nagyon alacsony dózisokban.
2) Nem stimulálják az IgE-választ.
3) Egy másik adjuváns, az Ag szekvencia beilleszthető a flagellin szekvenciába anélkül, hogy befolyásolná a flagellin jelátviteli útját a TLR5-en keresztül.
A flagellin egyéb felhasználásai
Mivel a flagellin gének széles variációt mutatnak, felhasználhatók specifikus kimutatásokhoz vagy fajok vagy törzsek azonosításához.
Például a PCR / RFLP kombinációját felhasználták a flagellin gének eloszlásának és polimorfizmusának tanulmányozására Észak-Amerikából származó E. coli izolátumokban.
Irodalom
- Hajam, IA, Dar, PA, Shahnawaz, I., Jaume, JC, Lee, JH 2017. Bakteriális flagellin - erős immunmoduláló szer. Kísérleti és molekuláris orvoslás, 49, e373.
- Kawamura-Sato, K., Inuma, Y., Hasegawa, T., Horii, T., Yamashino, T., Ohta, M. 2000. A makrolidok szubinhibitív koncentrációinak hatása a flagellin expressziójára Pseudomonas aeruginosa és Proteus mirabilis formában. Antimikrobiális szerek és kemoterápia, 44: 2869–2872.
- Mizel, SB, Bates, JT 2010. Flagellin adjuvánsként: sejtmechanizmusok és potenciál. Journal of Immunology, 185, 5677-5682.
- Prescott, LM, Harley, JP, Klain, SD 2002. Mikrobiológia. Mc Graw-Hill, New York.
- Schaechter, M. 2009. A mikrobiológiai asztali enciklopédia. Academic Press, San Diego.
- Winstanley, C., Morgan, AW 1997. A bakteriális flagellin gén biomarkerként kimutatására, populációgenetikára és járványtani elemzésre. Microbiology, 143, 3071-3084.