HEMOLISINA: CARACTERÍSTIQUES, TIPUS, MECANISMES D'ACCIÓ - BIOLOGIA - 2025

La hemolisina és una petita proteïna que causa porus a la membrana cel·lular dels eritròcits i algunes altres cèl·lules pròpies de la sang dels mamífers. Generalment és sintetitzada i excretada per bacteris patògens.

Aquesta proteïna és una de les toxines microbianes més comuns i la que millor s'ha estudiat. De vegades pot causar anèmia hemolítica, ja que la quantitat de canals a través dels quals surt l'interior cel·lular pot fins i tot causar la lisi cel·lular.

Estructura molecular d'una Hemolisina (Font: Jawahar Swaminathan and MSD staff at the European Bioinformatics Institute via Wikimedia Commons)

Generalment, la hemolisina és una toxina típica de les espècies de Streptococcus de el tracte intestinal. La seva funció permet als bacteris trencar la barrera epitelial de l'tracte intestinal i així desplaçar-se a través del torrent sanguini fins colonitzar altres teixits.

La forma més comuna en què es troba l'hemolisina en la naturalesa és en la seva forma α-hemolisina. Aquesta proteïna és un dels factors de virulència més importants de la majoria de les soques d'Escherichia coli i alguns clostridis.

La majoria de les infeccions de l'tracte urinari són causades per soques d'Escherichia coli que produeixen α-hemolisina amb característiques hemolítiques.

S'ha relacionat la producció d'hemolisina i bacteriocina en les soques bacterianes amb un mecanisme de competència contra les altres espècies i la producció d'ambdues toxines sembla dependre dels mateixos determinants genètics en el genoma dels bacteris.

Característiques

La hemolisina està constituïda per set subunitats i el gen que la codifica posseeix set promotors. Aquestes set subunitats s'insereixen a la membrana plasmàtica de les cèl·lules blanc i, a l'ajuntar-se, formen un canal iònic per on s'escapen els metabòlits de l'interior cel·lular.

La hemolisina és una citotoxina dependent de calci (Ca + 2) extracel·lular que actua sobre la membrana plasmàtica de les cèl·lules de l'torrent sanguini. Els porus que cregui en la membrana també són hidrofílics i causen l'entrada d'aigua a l'interior cel·lular, el que pot ocasionar la lisi.

Les hemolisinas són productes proteics típics dels bacteris de tipus gram-negatives i totes comparteixen dues característiques:

1- La presència d'un pèptid molt petit (nonapèptid) conformat per repetits dels aminoàcids glicina i àcid aspàrtic. Els nonapéptidos de l'hemolisina es situen prop de la porció C-terminal de l'estructura primària de la proteïna.

2- Totes les hemolisinas són secretades pel bacteri a el medi extracel·lular a través d'un transportador de tipus ABC (de l'anglès ATP-Binding Cassette).

Habitualment es detecta la producció de hemolisinas en les soques bacterianes a través d'un creixement enmig agar sang. En la prova, s'observa un halo hemolítica, producte de la ruptura dels glòbuls vermells a prop de les colònies bacteris.

tipus

Hi ha diversos tipus de hemolisinas diferents, aquestes es classifiquen amb una lletra grega a l'inici del seu nom. Les més estudiades i comuns són les α, les β i les γ hemolisinas, totes produïdes per la soca Staphylococcus aureus.

Els tipus de hemolisina es classifiquen segons el rang de cèl·lules que ataquen i segons la seva l'estructura primària de la proteïna.

α-hemolisina

Aquesta proteïna és típica de les soques de Staphylococcus aureus i Escherichia coli; ataca neutròfils, glòbuls vermells, limfòcits, macròfags, fibroblasts adults i embrionaris. Interactua amb els caps polars dels lípids de membrana plasmàtica d'aquestes cèl·lules fins internalitzar una cua hidrofòbica de prop de 5 Ӑ a l'interior de la membrana.

β-hemolisina

Produïda per Staphylococcus aureus en menor proporció que la α-hemolisina, la β-hemolisina ataca principalment als eritròcits i s'interna en la membrana exclusivament a través dels dominis rics en esfingomielina de la membrana cel·lular.

γ-hemolisina

També s'ha observat en Staphylococcus aureus. Ha estat catalogada com una proteïna hemolítica i leucotoxina a el mateix temps, ja que afecta les cèl·lules polimorfonuclears d'humans, monòcits, macròfags i poques vegades, fins i tot als glòbuls vermells.

Aquest tipus de γ-hemolisina és una de les que menys s'ha caracteritzat, per tant, es desconeix gran part del seu mecanisme d'acció i aquest no s'ha investigat in vivo.

Mecanismes d'acció

El mecanisme d'acció que s'ha aclarit de forma relativament clara és el de la α-hemolisina. No obstant això, ja que totes són proteïnes hemolítiques, es pensa que la majoria dels processos són comuns per a totes les hemolisinas.

Els científics suggereixen que per als bacteris segreguin hemolisina a l'ambient han de trobar-se en un microambient pobre en nutrients, per tant, aquest seria un mecanisme que dispara la cèl·lula per destruir les cèl·lules blanc i obtenir els seus nutrients.

El mecanisme s'ha descrit en tres passos: la unió a la membrana cel·lular, la inserció i la oligomerització.

Unió a la membrana

S'ha trobat que les hemolisinas poden unir-se a les integrines dels neutròfils i en els eritròcits s'ha observat que aquestes proteïnes s'uneixen a components glicosilats com les glicoproteïnes, els gangliòsids i les glicoforinas de la membrana cel·lular.

Alguns autors suggereixen que la presència de receptors en la membrana no és essencial perquè passi la unió de les hemolisinas. En tot cas, encara no es coneix amb precisió el mecanisme de reconcomiendo cel·lular de la proteïna.

Poro transmembranal format per la proteïna hemolisina de Staphylococcus (Font: Deposition authors: Song, L., Hobaugh, M., Shustak, C., Cheley, S., Bayley, H., Gouaux, JE; visualization Autor: User: Astrojan via Wikimedia Commons)

La interacció amb la membrana ocorre en dos passos:

- Unió inicial (reversible): quan l'hemolisina s'uneix als dominis d'unió a calci de la membrana. Aquest pas ocorre en la superfície i és molt susceptible a descàrregues electrostàtiques.

- Unió irreversible: junta els dominis aminoacídics amb els components lipídics de la capa externa de la membrana plasmàtica de les cèl·lules blanc, amb la finalitat de formar unions físiques entre els compostos hidrofòbics de la membrana.

Inserció de la toxina a la membrana

La α-hemolisina insereix els residus 177 i 411 a la primera monocapa lipídica. Al mig extracelular l'hemolisina s'associa amb ions de calci, els quals indueixen un arranjament estructural en aquesta i contribueixen amb la seva activació.

Aquesta inserció consolida la unió irreversible a la membrana de la cèl·lula. Un cop ha passat l'arranjament, l'hemolisina es transforma en una proteïna integral ja que, experimentalment, s'ha demostrat que l'única forma d'extreure-la de la membrana és mitjançant l'ús de detergents com el Tritó X-100.

oligomerització

Quan tota la hemolisina s'ha inserit a la membrana plasmàtica de les cèl·lules blanc té lloc la oligomerització de les 7 subunitats que la conformen, el que acaba en la formació d'un porus proteic, molt dinàmic però depenent de la composició lipídica de la membrana.

S'ha observat que el procés d'oligomerització és afavorit pels microdominios o les basses lipídiques de la membrana cel·lular. Aquestes regions potser no afavoreixen la unió de la proteïna, però si afavoreixen la oligomerització de la mateixa una vegada inserida.

Entre major quantitat de hemolisinas s'uneixen a la membrana, major quantitat de porus es formaran. És més, les hemolisinas poden oligomerizarse entre si (les adjacents) i conformar canals molt més grans.

referències

1. Bakas, L., Ostolaza, H., Vaz, WL, & Goñi, FM (1996). Reversible Adsorption and nonreversible insertion of Escherichia coli alpha-hemolysin into lipid bilayers. Biophysical journal, 71 (4), 1869-1876.
2. Dalla Serra, M., Coraiola, M., veieren, G., Comai, M., Potrich, C., Ferreras, M.,… & Prévost, G. (2005). Staphylococcus aureus bicomponent γ-hemolysins, HlgA, HlgB, and HlgC, can form mixed pores containing all components. Journal of chemical information and modeling, 45 (6), 1539-1545.
3. Gow, JA, & Robinson, J. (1969). Properties of Purified Staphylococcal β-Hemolysin. Journal of Bacteriology, 97 (3), 1026-1032.
4. Ike, I., Hashimoto, H., & Clewell, DB (1984). Hemolysin of Streptococcus faecalis subspecies zymogenes contributes to virulence in mice. Infection and Immunity, 45 (2), 528-530.
5. Remington, JS, Klein, JO, Wilson, CB, Nizet, V., & Maldonado, JA (Eds.). (1976). Infectious diseases of the fetus and newborn infant (Vol. 4). Philadelphia: Saunders.
6. Todd, EW (1932). Antigenic streptococcal hemolysin. Journal of experimental medicine, 55 (2), 267-280.