HEMOLIZIN: JELLEMZŐK, TÍPUSOK, HATÁSMECHANIZMUSOK - BIOLÓGIA - 2026

A hemolizin egy kis fehérje, amely pórusokat okoz az eritrociták sejtében és az emlősök membránjának más saját vérsejtjeiben. Általában patogén baktériumok szintetizálják és kiválasztják.

Ez a fehérje az egyik leggyakoribb mikrobiális toxin, és a legjobban tanulmányozott. Néha hemolitikus vérszegénységet okozhat, mivel a csatornák száma, amelyeken a sejt belseje kijön, akár a sejt lízisét is okozhatja.

A hemolizin molekuláris szerkezete (Forrás: Jawahar Swaminathan és az MSD munkatársai az Európai Bioinformatikai Intézetben a Wikimedia Commons segítségével)

Általában a hemolizin a bélrendszer Streptococcus fajainak tipikus toxinja. Funkciója lehetővé teszi a baktériumok számára, hogy megtörjék a bélrendszer hámrétegét, és így átjutnak a véráramban, hogy más szöveteket gyarmatosítsanak.

A természetben a hemolizin leggyakoribb formája az α-hemolizin formája. Ez a protein a legtöbb Escherichia coli törzs és néhány klostridia egyik legfontosabb virulencia faktorja.

A legtöbb húgyúti fertőzést Escherichia coli törzsek okozzák, amelyek hemolitikus tulajdonságokkal rendelkező α-hemolizint termelnek.

A hemolizin és a bakteriócin baktériumtörzsekben történő előállítása összefüggésben áll a többi faj elleni versenymechanizmussal, és úgy tűnik, hogy a két toxin előállítása ugyanazon genetikai tényezőktől függ a baktériumok genomjában.

jellemzők

A hemolizin hét alegységből áll, és az azt kódoló gén hét promoterrel rendelkezik. Ez a hét alegység beilleszkedik a célsejtek plazmamembránjába, és amikor összejönnek, ioncsatornát képeznek, amelyen keresztül a metabolitok a sejt belsejéből kiszabadulnak.

A hemolizin egy extracelluláris kalcium (Ca + 2) függő citotoxin, amely a véráramban lévő sejtek plazmamembránján hat. A membránban létrehozott pórusok szintén hidrofil jellegűek, és a víz belépését a sejt belsejébe vezetik, ami lízishez vezethet.

A hemolizinek a gram-negatív baktériumok tipikus fehérjetermékei, és mindkettőnek két jellemzője van:

1- Egy nagyon kicsi peptid (nonapeptid) jelenléte, amely a glicin és aszparaginsav aminosavak ismétléseiből áll. A hemolizin nem-peptidjei a protein primer szerkezetének C-terminális része közelében helyezkednek el.

2- A baktériumok az összes hemolizint az extracelluláris környezetbe választják ki egy ABC típusú transzporter (ATP-kötő kazetta) útján.

A hemolizintermelést általában a baktériumtörzsekben detektálják a vér-agar táptalajban történő növekedés révén. A vizsgálat során hemolitikus halogót figyelnek meg, amely a vörösvértestek baktériumtelepek közelében történő lebontásának terméke.

típusai

Különböző típusú hemolizinek léteznek, ezeket görög betűvel sorolják a nevük elején. A legelterjedtebbek az α, β és γ hemolizinek, amelyeket a Staphylococcus aureus törzs termel.

A hemolizin típusait a megtámadott sejtek tartománya és a fehérje primer struktúrája szerint osztályozzák.

α-hemolizin

Ez a protein a Staphylococcus aureus és az Escherichia coli törzsekre jellemző; megtámadja a neutrofileket, a vörösvértesteket, a limfocitákat, a makrofágokat, a felnőttkori és az embrionális fibroblasztokat. Interakcióban áll ezen sejtek plazmamembrán lipidjeinek poláris fejével, hogy a membrán belsejében körülbelül 5 hydro-es hidrofób farkot internalizáljon.

β-hemolizin

A Staphylococcus aureus által termelt, kisebb mértékben, mint az α-hemolizin, a β-hemolizin elsősorban a vörösvértesteket támadja meg, és kizárólag a sejtmembrán szfingomielinben gazdag doménjein keresztül jut be a membránba.

γ-hemolizin

A Staphylococcus aureus-ban is megfigyelték. Egyidejűleg hemolitikus fehérjeként és leukotoxinként sorolják be, mivel érinti az emberek polimorfonukleáris sejtjeit, monocitáit, makrofágokat és ritkán még a vörösvértesteket is.

Az ilyen típusú γ-hemolizin az egyik legkevésbé jellemzõ, ezért hatásmechanizmusának nagy része ismeretlen, és in vivo nem vizsgálták.

Cselekvési mechanizmusok

A hatásmechanizmus, amelyet viszonylag világosan megvilágítottak, az α-hemolizin. Mivel azonban ezek mind hemolitikus fehérjék, úgy gondolják, hogy a legtöbb eljárás közös minden hemolizin esetében.

A tudósok azt sugallják, hogy ahhoz, hogy a baktériumok a hemolizint a környezetbe választják el, tápanyagszegény mikrokörnyezetben kell lenniük, ezért ez egy olyan mechanizmus, amely a sejtet elpusztítja a célsejtek elpusztításában és tápanyagjaik beszerzésében.

A mechanizmust három lépésben írják le: a sejtmembrán megkötése, beillesztése és oligomerizációja.

Membránkötés

Azt találták, hogy a hemolizinek képesek kötődni a neutrofil integrinekhez és az eritrocitákban ezeknek a fehérjéknek a glikozilezett komponensekhez, például a sejtmembrán glikoproteinekhez, gangliozidjaihoz és glikophorinjaihoz kötődnek.

Egyes szerzők szerint a receptorok jelenléte a membránban nem nélkülözhetetlen a hemolizinek kötődéséhez. Mindenesetre a fehérje celluláris újrafogyasztásának mechanizmusa még nem ismert pontossággal.

A Staphylococcus hemolysin protein által létrehozott transzmembrán pórus (Forrás: Lerakódás szerzői: Song, L., Hobaugh, M., Shustak, C., Cheley, S., Bayley, H., Gouaux, JE; megjelenítés szerzője: Felhasználó: Astrojan a Wikimedia Commonson keresztül)

A membránnal való kölcsönhatás két lépésből áll:

- Kezdeti kötés (reverzibilis): amikor a hemolizin kötődik a membrán kalcium-kötő doménjeihez. Ez a lépés a felületen történik, és nagyon érzékeny az elektrosztatikus kisülésre.

- Megfordíthatatlan csomópont: az aminosav doméneket összekapcsolja a célsejtek plazmamembránjának külső rétegének lipidkomponenseivel annak érdekében, hogy fizikai kötés alakuljon ki a membrán hidrofób vegyületei között.

Toxin behelyezése a membránba

Az Α-hemolizin a 177. és 411. maradékot illeti be az első lipid monorétegbe. Az extracelluláris környezetben a hemolizin kalciumionokkal kapcsolódik, amelyek szerkezeti elrendeződést indukálnak benne és hozzájárulnak annak aktiválásához.

Ez a beillesztés megszilárdítja a sejtmembránhoz való visszafordíthatatlan kötődést. Miután az elrendezés megtörtént, a hemolizin szerves fehérjévé válik, mivel kísérletileg kimutatták, hogy a membránból való kivontatásának egyetlen módja olyan mosószerek használata, mint a Triton X-100.

oligomerizációja

Amikor az összes hemolizint behelyezték a célsejtek plazmamembránjába, az azt alkotó 7 alegység oligomerizációja megtörténik, amely egy nagyon erősen dinamikus, de a membrán lipid összetételétől függő protein pórus kialakulásával végződik.

Megfigyelték, hogy az oligomerizációs folyamatot a sejtmembrán mikrodomének vagy lipid tutajok részesítik előnyben. Ezek a régiók nem támogatják a fehérje kötődését, ám előnyben részesítik ugyanazon oligomerizációt, ha beillesztették őket.

Minél több hemolizin kötődik a membránhoz, annál több pórus képződik. Ezenkívül a hemolizinek oligomerizálhatják egymást (szomszédos) és sokkal nagyobb csatornákat képezhetnek.

Irodalom

1. Bakás, L., Ostolaza, H., Vaz, WL, & Goñi, FM (1996). Az Escherichia coli alfa-hemolizin reverzibilis adszorpciója és visszafordíthatatlan beépítése a lipid kettős rétegekbe. Biofizikai folyóirat, 71 (4), 1869-1876.
2. Dalla Serra, M., Coraiola, M., Viero, G., Comai, M., Potrich, C., Ferreras, M.,… és Prévost, G. (2005). A Staphylococcus aureus kétkomponensű γ-hemolizinek, HlgA, HlgB és HlgC, vegyes pórusokat képezhetnek, amelyek az összes komponenst tartalmazzák. A kémiai információk és modellezési lap, 45 (6), 1539-1545.
3. Gow, JA és Robinson, J. (1969). A tisztított sztafilokokkus β-hemolizin tulajdonságai. Journal of bakteriology, 97 (3), 1026-1032.
4. Ike, Y., Hashimoto, H. és Clewell, DB (1984). A Streptococcus faecalis zimogenes alfaj hemolizinje hozzájárul az egerek virulenciájához. Fertőzés és immunitás, 45 (2), 528-530.
5. Remington, JS, Klein, JO, Wilson, CB, Nizet, V., és Maldonado, YA (szerk.). (1976). A magzat és az újszülött fertőző betegségei (4. kötet). Philadelphia: Saunders.
6. Todd, EW (1932). Antigén sztreptokokkusz hemolizin. Journal of Experimental Medicine, 55 (2), 267-280.