- Ultrastruktura flagela i pokretljivost
- Struktura flagellina
- Rast flagelarnih niti u bakterijama
- Flagellin kao aktivator imunološkog sustava
- Flagellin i biljke
- Flagellin kao pomoćno sredstvo
- Ostale uporabe flagellina
- Reference
Flagellin je protein od niti, što je struktura koja je dio bičevima bakterija. Velika većina bakterija ima samo jednu vrstu flagellina. Međutim, neki ih imaju više od dvije.
Molekularna veličina ovog proteina varira između 30 kDa i 60 kDa. Na primjer, u Enterobacteriaceae njegova molekularna veličina je velika, dok je u nekim slatkovodnim bakterijama mala.
Izvor: Dartmouth Electron Microscope Facility, Dartmouth College
Flagellin je faktor virulencije koji omogućava prijanjanje i invaziju stanica domaćina. Osim toga, snažan je aktivator mnogih vrsta stanica koje su uključene u urođeni i adaptivni imunološki odgovor.
Ultrastruktura flagela i pokretljivost
Žig je usidren na staničnoj površini. Sastoji se od tri dijela: 1) nit, koja se proteže od površine stanice i kruta je šuplja cilindrična struktura; 2) bazalno tijelo, koje je ugrađeno u stanični zid i slojeve membrane, tvoreći nekoliko prstenova; i 3) kuka, kratka zakrivljena struktura koja spaja bazalno tijelo s niti.
Bazalno tijelo je najsloženiji dio flagela. U gram negativnih bakterija ima četiri prstena spojena na središnji stup. U gram pozitivno ima dva prstena. Rotacijski pokret flagela događa se u bazalnom tijelu.
Položaj flagela na površini bakterija uvelike varira između organizama i može biti: 1) monoterni, sa samo jednim flagelom; 2) polarni, s dva ili više; ili 3) peritrivna, s mnogo bočnih flagela. Postoje i endoflagele, kao u spirohetama, koje se nalaze u periplazmatskom prostoru.
Helicobacter pylori je vrlo pokretljiv jer ima šest do osam unipolarnih flagela. PH gradijent kroz sluz omogućuje H. pylori da se orijentira i uspostavi u području koje je susjedno epitelnim stanicama. Pseudomonas ima polarni flagellum, koji pokazuje kemotaksiju šećera i povezan je s virulencijom.
Struktura flagellina
Upečatljiva značajka nizova proteina flagellin je ta što su njegove N-terminalne i C-terminalne regije visoko očuvane, dok je središnja regija vrlo varijabilna između vrsta i podvrsta istog roda. Ova hipervarijabilnost odgovorna je za stotine serotipova Salmonella spp.
Flagellinske molekule međusobno djeluju preko terminalnih područja i polimeriziraju se u obliku niti. Pri tome su krajnja područja smještena prema unutrašnjosti cilindrične strukture niti, dok su središnja područja izložena prema van.
Za razliku od tubulinskih filamenata koji depolimeriziraju u nedostatku soli, bakterije su vrlo stabilne u vodi. Oko 20.000 podjedinica tubulina tvori nitnu nit.
Dvije vrste flagelinina polimeriziraju se u nitima H. pylori i Pseudomonas aeruginosa: FlaA i FlaB, kodirane fliC genom. FlaAs su heterogene i dijele se u nekoliko podskupina, pri čemu molekularne mase variraju između 45 i 52 kDa. FlaB je homogen s molekularnom masom od 53 kDa.
Često se ostaci lizina flagelina metiliraju. Nadalje, postoje i druge modifikacije poput glikozilacije FlaA i fosforilacije tirozinskih ostataka FlaB-a, čije su funkcije, virulencija i izvozni signal.
Rast flagelarnih niti u bakterijama
Proboj bakterija može se eliminirati eksperimentalno, i može se proučiti njegova regeneracija. Podjedinice flagellina transportiraju se kroz unutarnju regiju ove strukture. Kada dođu do krajnosti, podjedinice se dodaju spontano uz pomoć proteina ("cap cap protein") nazvanog HAP2 ili FliD.
Sinteza niti se odvija vlastitim sastavljanjem; to jest, za polimerizaciju flagellina nisu potrebni enzimi ili faktori.
Podaci za sastavljanje niti nalaze se u samoj podjedinici. Tako flagellin podjedinice polimeriziraju, da tvore jedanaest protofilamenata, koji čine potpuni.
Sintezu flagelanina P. aeruginosa i Proteus mirabilis inhibiraju antibiotici poput eritromicina, klaritromicina i azitromicina.
Flagellin kao aktivator imunološkog sustava
Prve studije su pokazale da je flagellin u subnanomolarnim koncentracijama Salmonella moćan induktor citokina u promonocitnoj staničnoj liniji.
Nakon toga, pokazano je da indukcija proupalnog odgovora uključuje interakciju između flagellina i receptora na površini stanica urođenog imunološkog sustava.
Površinski receptori koji stupaju u interakciju s flagelinom su s naplatom 5 (TLR5). Nakon toga, studije s rekombinantnim flagelinom pokazale su da, kad mu nije nedostajalo hipervarijabilno područje, nije mogao inducirati imunološki odgovor.
TLR5 su prisutni u stanicama imunološkog sustava, poput limfocita, neutrofila, monocita, makrofaga, dendritičnih stanica, epitelnih stanica i limfnih čvorova. U crijevima TLR5 regulira sastav mikrobiote.
Gram-negativne bakterije obično koriste sekretorni sustav tipa III da premjeste flagelin u citoplazmu stanice domaćina, izazivajući niz unutarćelijskih događaja. Dakle, flagellin u unutarćelijskom mediju prepoznat je po proteinima iz porodice NAIP (obitelj inhibitora apoptoze / familija inhibitora apoptoze).
Nakon toga, flagellin-NAIP5 / 6 kompleks stupa u interakciju s NOD-sličnim receptorom, koji stvara odgovor domaćina na infekciju i oštećenje.
Flagellin i biljke
Biljke prepoznaju ovaj protein po putu flagellin sensing 2 (FLS2). Potonja je receptor kinaza bogata leucinom i homologna je TLR5. FLS ”djeluje na N-terminalnoj regiji flagellina.
Vezanje flagellina na FLS2 stvara fosforilaciju MAP kinaznog puta, što kulminira sintezom proteina koji posreduju u zaštiti od gljivica i bakterija.
U nekim biljkama noćurka, flagellin se može vezati i za FLS3 receptor. Na taj se način zaštite od patogena koji izbjegavaju obranu posredovanu FLS2.
Flagellin kao pomoćno sredstvo
Pomoćni dodatak je materijal koji povećava stanični ili humoralni odgovor na antigen. Budući da mnoga cjepiva proizvode slab imunološki odgovor, potrebni su dobri adjuvansi.
Brojne studije pokazale su učinkovitost flagellina kao pomoćnog sredstva. Ta su se istraživanja sastojala od korištenja rekombinantnog flagellina u cjepivima, ocjenjivanog korištenjem životinjskih modela. Međutim, ovaj protein tek treba proći fazu I kliničkih ispitivanja.
Među proučavanim rekombinantnim flagelinima su: flagellin - epitop 1 hematoglutinina virusa gripe; flagellin-epitop Schistosoma mansoni; flagellin - toplinski stabilan toksin iz E. coli; flagellin - Plasmodium površinski protein 1; i flagellin - protein ovojnice virusa Nila, među ostalim rekombinantima.
Neke su prednosti upotrebe flagellina kao pomoćnog sredstva u cjepivima za ljudsku upotrebu. Te su prednosti sljedeće:
1) Učinkovit je u vrlo malim dozama.
2) Ne stimuliraju IgE odgovor.
3) Slijed drugog adjuvansa, Ag, može se umetnuti u flagellin niz bez utjecaja na signalni put flagellina putem TLR5.
Ostale uporabe flagellina
Budući da geni flagellina pokazuju velike varijacije, mogu se koristiti za specifično otkrivanje ili za identifikaciju vrsta ili sojeva.
Na primjer, kombinacija PCR / RFLP korištena je za proučavanje distribucije i polimorfizma flagelin gena u izolatima E. coli iz Sjeverne Amerike.
Reference
- Hajam, IA, Dar, PA, Shahnawaz, I., Jaume, JC, Lee, JH 2017. Bakterijski flagellin - snažno imunomodulacijsko sredstvo. Eksperimentalna i molekularna medicina, 49, e373.
- Kawamura-Sato, K., Inuma, Y., Hasegawa, T., Horii, T., Yamashino, T., Ohta, M. 2000. Učinak subinhibicijskih koncentracija makrolida na ekspresiju flagellina u Pseudomonas aeruginosa i Proteus mirabilis. Antimikrobna sredstva i kemoterapija, 44: 2869–2872.
- Mizel, SB, Bates, JT 2010. Flagellin kao pomoćnik: stanični mehanizmi i potencijal. Journal of Immunology, 185, 5677-5682.
- Prescott, LM, Harley, JP, Klain, SD 2002. Mikrobiologija. Mc Graw-Hill, New York.
- Schaechter, M. 2009. Desk desk enciklopedija mikrobiologije. Academic Press, San Diego.
- Winstanley, C., Morgan, AW 1997. Bakterijski gen flagelin kao biomarker za detekciju, populacijsku genetiku i epidemiološku analizu. Mikrobiologija, 143, 3071-3084.