- Flagellum infrastruktūra un mobilitāte
- Flagellīna struktūra
- Flagellar pavedienu augšana baktērijās
- Flagellīns kā imūnsistēmas aktivators
- Flagellīns un augi
- Flagellīns kā palīgviela
- Citi flagellīna lietojumi
- Atsauces
Flagellin ir olbaltumvielu kvēldiega, kas ir struktūra, kas ir daļa no flagellas rezultātā baktērijām. Lielākajai daļai baktēriju ir tikai viens flagellīna tips. Tomēr dažiem ir vairāk nekā divi.
Šī proteīna molekulārais lielums svārstās no 30 kDa līdz 60 kDa. Piemēram, Enterobacteriaceae tā molekulārais izmērs ir liels, savukārt dažās saldūdens baktērijās tas ir mazs.
Avots: Dartmutas elektronmikroskopa iekārta, Dartmutas koledža
Flagellīns ir virulences faktors, kas ļauj saimnieka šūnu adhēzijai un iebrukumam. Turklāt tas ir spēcīgs daudzu veidu šūnu aktivizētājs, kas iesaistīti iedzimtā un adaptīvā imūnreakcijā.
Flagellum infrastruktūra un mobilitāte
Flagellum ir noenkurots uz šūnas virsmas. Tas sastāv no trim daļām: 1) kvēldiega, kas stiepjas no kameras virsmas un ir stingra, doba, cilindriska struktūra; 2) pamatkorpuss, kas ir iestrādāts šūnas sienā un membrānas slāņos, veidojot vairākus gredzenus; 3) āķis, īsa izliekta struktūra, kas savieno pamatkorpiju ar kvēldiegu.
Bazālais korpuss ir vissarežģītākā flagellum daļa. Gramnegatīvās baktērijās tam ir četri gredzeni, kas savienoti ar centrālo kolonnu. Grampozitīvā tam ir divi gredzeni. Flagellum rotācijas kustība notiek bazālajā ķermenī.
Flagellas atrašanās vieta uz baktēriju virsmas dažādos organismos ir ļoti atšķirīga, un tā var būt: 1) monotēriska, ar tikai vienu flagella; 2) polārs ar diviem vai vairāk; vai 3) peritrichous ar daudzām sānu flagella. Tāpat ir endoflagella, tāpat kā spirochetes, kas atrodas periplasmiskajā telpā.
Helicobacter pylori ir ļoti mobila, jo tai ir seši līdz astoņi vienpolu flagella. PH gradients caur gļotām ļauj H. pylori orientēties un nostiprināties zonā, kas atrodas blakus epitēlija šūnām. Pseudomonas ir polārā flagellum, kas izdala cukurus ar ķīmiju un ir saistīta ar virulenci.
Flagellīna struktūra
Pārsteidzoša flagellīna olbaltumvielu secības iezīme ir tā, ka tā N-gala un C-gala reģioni ir ļoti konservēti, savukārt centrālais reģions ir ļoti mainīgs starp vienas un tās pašas ģints sugām un pasugām. Šī hipervariācija ir atbildīga par simtiem Salmonella spp.
Flagellīna molekulas savstarpēji mijiedarbojas caur terminālajiem reģioniem un polimerizējas, veidojot pavedienu. Šajā gadījumā terminālie reģioni atrodas kvēldiega cilindriskās struktūras iekšpuses virzienā, bet centrālais ir pakļauts ārpusei.
Atšķirībā no tubulīna pavedieniem, kas depolimerizējas, ja nav sāļu, baktēriju ūdenī ir ļoti stabilas. Apmēram 20 000 tubulīna subvienību veido pavedienu.
H. pylori un Pseudomonas aeruginosa pavedienos polimerizējas divu veidu flagellīni: FlaA un FlaB, ko kodē fliC gēns. FlaAs ir neviendabīgas un ir sadalītas vairākās apakšgrupās ar molekulmasu no 45 līdz 52 kDa. FlaB ir viendabīgs ar molekulmasu 53 kDa.
Bieži metilē flagellīnu lizīna atlikumus. Turklāt ir arī citas modifikācijas, piemēram, FlaA glikozilēšana un FlaB tirozīna atlikumu fosforilēšana, kuru funkcijas attiecīgi ir virulence un eksporta signāls.
Flagellar pavedienu augšana baktērijās
Baktēriju postu var novērst eksperimentāli, un var izpētīt tā atjaunošanos. Flagellīna apakšvienības tiek transportētas caur šīs struktūras iekšējo reģionu. Sasniedzot galējību, apakšvienības tiek spontāni pievienotas ar olbaltumvielu ("vāciņa proteīns"), ko sauc par HAP2 vai FliD, palīdzību.
Kvēldiega sintēze notiek ar paša montāžas palīdzību; tas ir, flagellīna polimerizācijai nav nepieciešami fermenti vai faktori.
Informācija kvēldiega montāžai ir atrodama pašā apakšvienībā. Tādējādi flagellīna apakšvienības polimerizējas, veidojot vienpadsmit protofilmentus, kas veido pilnīgu.
P. aeruginosa un Proteus mirabilis flagellīna sintēzi kavē tādas antibiotikas kā eritromicīns, klaritromicīns un azitromicīns.
Flagellīns kā imūnsistēmas aktivators
Pirmie pētījumi parādīja, ka salmonellas flagellīns subnanomolārā koncentrācijā ir spēcīgs citokīnu induktors promonocītiskajā šūnu līnijā.
Pēc tam tika parādīts, ka pretiekaisuma reakcijas indukcija ietver mijiedarbību starp flagellīnu un receptoriem uz iedzimtas imūnsistēmas šūnu virsmas.
Virsmas receptori, kas mijiedarbojas ar flagellīnu, ir maksas tipa (TLR5). Pēc tam rekombinantā flagellīna pētījumi parādīja, ka, ja tam nebija hipervariāla reģiona, tas nespēja izraisīt imūno reakciju.
TLR5 atrodas imūnsistēmas šūnās, piemēram, limfocītos, neitrofilos, monocītos, makrofāgos, dendritiskajās šūnās, epitēlija šūnās un limfmezglos. Zarnās TLR5 regulē mikrobiotas sastāvu.
Gramnegatīvās baktērijas parasti izmanto III tipa sekrēcijas sistēmu, lai flagellīnu pārvietotu saimnieka šūnas citoplazmā, izraisot virkni intracelulāru notikumu. Tādējādi flagellīnu intracelulārā vidē atpazīst NAIP ģimenes proteīni (apoptozes inhibitoru olbaltumvielu / NLR saime).
Pēc tam flagellin-NAIP5 / 6 komplekss mijiedarbojas ar NOD līdzīgu receptoru, kas rada saimnieka reakciju uz infekciju un bojājumiem.
Flagellīns un augi
Augi šo olbaltumvielu atpazīst caur flagellin sensing 2 (FLS2) ceļu. Pēdējais ir ar leicīnu atkārtots bagāts receptoru kināze un ir homologs ar TLR5. FLS ”mijiedarbojas ar flagellīna N-termināla reģionu.
Flagellīna saistīšanās ar FLS2 rada MAP kināzes ceļa fosforilēšanos, kuras kulminācija ir olbaltumvielu sintēze, kas nodrošina aizsardzību pret sēnīšu un baktēriju infekciju.
Dažos naktstauku augos flagellīns var saistīties arī ar FLS3 receptoru. Tādā veidā viņi pasargā sevi no patogēniem, kas izvairās no FLS2 starpniecības.
Flagellīns kā palīgviela
Palīgviela ir materiāls, kas palielina šūnu vai humorālo reakciju uz antigēnu. Tā kā daudzas vakcīnas rada vāju imūno reakciju, nepieciešami labi palīgvielas.
Neskaitāmi pētījumi parādīja flagellīna kā palīgvielas efektivitāti. Šie pētījumi sastāvēja no rekombinantā flagellīna izmantošanas vakcīnās, kuras novērtēja, izmantojot dzīvnieku modeļus. Tomēr šim proteīnam vēl jāiziet klīnisko pētījumu I fāze.
Starp pētītajiem rekombinantiem flagellīniem var minēt: flagellin - gripas vīrusa hematoglutinīna 1. epitopu; Schistosoma mansoni flagellin-epitops; flagellīns - siltumizturīgs toksīns no E. coli; flagellīns - Plasmodium virsmas proteīns 1; un flagellin - Nīlas vīrusa apvalka olbaltumvielas, starp citiem rekombinantiem.
Flagellīna kā palīgvielas lietošanai vakcīnās cilvēkiem ir dažas priekšrocības. Šīs priekšrocības ir šādas:
1) Tas ir efektīvs ļoti mazās devās.
2) tie nestimulē IgE reakciju.
3) Cita palīgvielas Ag secību var ievietot flagellīna secībā, neietekmējot flagellīna signālu celiņu caur TLR5.
Citi flagellīna lietojumi
Tā kā flagellīna gēnos ir ļoti dažādas variācijas, tos var izmantot īpašiem atklājumiem vai sugu vai celmu identificēšanai.
Piemēram, PCR / RFLP kombinācija ir izmantota, lai pētītu flagellīna gēnu izplatību un polimorfismu E. coli izolātos no Ziemeļamerikas.
Atsauces
- Hajam, IA, Dar, PA, Shahnawaz, I., Jaume, JC, Lee, JH 2017. Baktēriju flagellīns - spēcīgs imūnmodulējošs līdzeklis. Eksperimentālā un molekulārā medicīna, 49, e373.
- Kawamura-Sato, K., Inuma, Y., Hasegawa, T., Horii, T., Yamashino, T., Ohta, M. 2000. Makrolīdu subinhibējošo koncentrāciju ietekme uz flagellīna ekspresiju Pseudomonas aeruginosa un Proteus mirabilis. Antimikrobiālie līdzekļi un ķīmijterapija, 44: 2869–2872.
- Mizel, SB, Bates, JT 2010. Flagellin kā palīgviela: šūnu mehānismi un potenciāls. Journal of Immunology, 185, 5677-5682.
- Preskots, LM, Hārlijs, JP, Klains, SD 2002. Mikrobioloģija. Mc Graw-Hill, Ņujorka.
- Schaechter, M. 2009. Mikrobioloģijas galda enciklopēdija. Academic Press, Sandjego.
- Winstanley, C., Morgan, AW 1997. Baktēriju flagellīna gēns kā biomarķieris atklāšanai, populācijas ģenētikai un epidemioloģiskai analīzei. Mikrobioloģija, 143, 3071–3084.