Lisina (encima)
As lisinas, tamén chamadas endolisinas ou mureína hidrolases, son encimas hidrolíticos producidos polos virus bacteriófagos para cortar a parede celular dos hóspedes durante a etapa final do ciclo lítico da infección viral na bacteria. As lisinas son encimas moi evolucionados que teñen a capacidade de ter como diana específica un dos cinco enlaces do peptidoglicano (mureína), que é o principal compoñente da parede celular bacteriana, o que permite a liberación da proxenie de virións da célula lisada. Estes encimas están empezando a ser utilizados como axentes antibacterianos debido á súa alta efectividade e especificidade en comparación cos antibióticos, que son susceptibles á resistencia bacteriana.[2]
| Lisina de fago similar á lisozima | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||
| Estrutura cristalina da endolisina CPL-1 modular do fago Cp-1 de Streptococcus en complexo cun análogo do peptidoglicano. 2j8g
.[1] | |||||||||
| Identificadores | |||||||||
| Número EC | 3.2.1.17 | ||||||||
| Número CAS | 9001-63-2 | ||||||||
| Bases de datos | |||||||||
| IntEnz | vista de IntEnz | ||||||||
| BRENDA | entrada de BRENDA | ||||||||
| ExPASy | vista de NiceZyme | ||||||||
| KEGG | entrada de KEGG | ||||||||
| MetaCyc | vía metabólica | ||||||||
| PRIAM | perfil | ||||||||
| Estruturas PDB | RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum | ||||||||
| Gene Ontology | AmiGO / EGO | ||||||||
| |||||||||
As lisinas non son sintetizadas por algúns pequenos fagos de ARN e de ADN monocatenario, que no seu lugar producen proteínas de membrana que activan os mecanismos de autólise do hóspede.[3]
Estrutura editar
As lisinas dos fagos de ADN bicatenario adoitan ter tamaños entre os 25 e os 40 kDa. Unha notable excepción é a endolisina PlyC estreptocócica, que ten 114 kDa. A PlyC non é só a maior e máis potente das lisinas, senón que tamén é estruturalmente única, xa que está composta de dous produtos xénicos distintos, PlyCA e PlyCB, cunha proporción de oito subunidades PlyCB por cada subunidade PlyCA na súa conformación nativa.[4] Todas as demais lisinas son monoméricas e constan de dous dominios separados por unha curta rexión que os une. O dominio N-terminal cataliza a hidrólise do peptidoglicano, mentres que o dominio C-terminal únese ao substrato da parede celular.
Dominio catalítico editar
O dominio catalítico é responsable da clivaxe (corte) dos enlaces do peptidoglicano. Funcionalmente, poden distinguirse cinco tipos de dominios catalíticos de lisina, que son:
- Endo-β-N-acetilglicosaminidase
- N-acetilmuramidase (similar á lisozima)
- Endopeptidase
- N-acetilmuramoil-L-alanina amidase
- γ-D-glutaminil-L-lisina endopeptidase
O peptidoglicano é unha molécula formada por azucres que forman un polisacárido, que leva unidos aminoácidos; estes últimos establecen entre eles enlaces cruzados. Os azucres son a N-acetilglicosamina (NAG) e o ácido N-acetilmurámico (NAM). As lisinas do tipo endo-β-N-acetilglicosaminidase clivan os NAGs, mentres que as lisinas N-acetilmuramidases (lisinas similares a lisozima) clivan os NAMs. As lisinas endopeptidases clivan calquera dos enlaces peptídicos entre os aminoácidos. Pola súa parte, as lisinas N-acetilmuramoil-l-alanina amidase (ou simplemente lisinas amidases) hidrolizan os enlaces amida entre os azucres e os residuos de aminoácidos. Finalmente, as recentemente descubertas lisinas do tipo γ-d-glutaminyl-L-lisina endopeptidase clivan o enlace gamma entre a D-glutamina e os residuos do aminoácido L-lisina.
Normalmente, a un só dominio de unión á célula están unidos dous ou máis dominios catalíticos. Isto é o típico en moitas lisinas estafilocócicas e tamén no holoencima PlyC estreptocócico, que contén dous dominios catalíticos.[4][5] Os dominios catalíticos están moi conservados nas lisinas de fagos da mesma clase.[2]
Dominio de unión á célula editar
O dominio de unión á célula (CBD) únese a un substrto específico que se encontra na parede celular da bacteria hóspede, xeralmente un carbohidrato. A diferenza do dominio catalítico, o dominio de unión á célula é variable, o cal permite unha gran especificidade e diminúe a resistencia da bacteria.[6] A afinidade de unión ao substrato da parede celular adoita ser alta, posiblemente para secuestrar nos fragmentos da parede celular calquera encima libre.[7]
Evolución editar
Propúxose que o principal mecanismo de evolución en lisinas de fagos é o intercambio de unidades modulares, un proceso polo cal distintos dominios catalíticos e de unión á célula foron intercambiados entre distintas lisinas, o que tivo como resultado novas combinacións de especificidades cataliticas e de unión a bacterias.[8]
Modo de acción editar
O dominio catalítico de lisina dixire o peptidoglicano localmente a gran velocidade, o que causa a formación de buratos na parede celular. Como a parede celular de peptidoglicano cos seus enlaces cruzados é o único que impide que as bacterias estouren espontaneamente debido á súa alta presión interna (de 3 a 5 atmosferas), a dixestión encimática feita polas lisinas causa unha irreversible lise hipotónica. Teoricamente, debido ás propiedades catalíticas das lisinas de fagos, un só encima sería dabondo para matar á bacteria hóspede ao clivar o número necesario de enlaces, pero isto aínda non foi probado.[2] Os traballos de Loessner et al suxiren que a clivaxe conséguese normalmente pola acción conxunta de moitas moléculas de lisina nunha rexión local da parede celular do hóspede.[7] A alta afinidade de unión das lisinas ao substrato da parede celular (próximo ao que teñen as IgG polo seu substrato) parece ser a razón pola que se requiren moitas moléculas, xa que cada lisina se une tan fortemente á paree celular que non pode romper enlaces suficientes para provocar a lise por si soa.[7]
Para alcanzar a parede celular, as lisinas de fagos teñen que cruzar a membrana plasmática. Porén, carecen dun péptido sinal que lles permitiría facelo, polo que para resolver este problema, os virus bacteriófagos sintetizan outra proteína chamada holina, que se une á membrana plasmática e produce buratos (e de aí o seu nome, que vén do inglés hole burato), a través dos cales as lisinas poderán alcanzar a matriz de peptidoglicano da parede. A holina prototípica é a proteína S do fago lambda, que axuda á proteína (lisina) R do fago lambda. Todas as holinas incrústanse na membrana plasmática e conteñen polo menos dous dominios helicoidais transmembrana. O proceso de facer estes buratos crese que comeza coa oligomerización da holina nun momento determinado cando a proxenie de virións está xa preparada para ser liberada.[3][9]
Eficacia editar
As lisinas de fagos son xeralmente específicas de especies ou subespecies, o que significa que son só efectivas contra aquelas bacterias desde o interior das cales son producidas. Aínda que algunhas lisinas só actúan sobre as paredes celulares de varios filotipos bacterianos, hai tamén algunhas lisinas de amplo espectro.[10] Tamén se coñecen algunhas lisinas termoestables, propiedade que asfai máis axeitadas para o seu uso en biotecnoloxía.[11] En canto ao seu uso como axentes antibacterianos, as lisinas son efectivas exclusivamente contra bacterias grampositivas, xa que as gramnegativas posúen unha membrana externa adicional que impide a dixestión do peptidoglicano.[2]
Resposta inmunitaria editar
Un dos aspectos máis problemáticos do uso de lisinas de fagos como axentes antimicrobianos é a inmunoxenicidade potencial destes encimas. A diferenza da maioría dos antibióticos, as proteínas son en xeral facilmente recoñecidas polos anticorpos producidos polo sistema inmunitario, o que significa que as lisinas, ao ser proteínas, poderían non ser efectivas para tratar infeccións bacterianas ou mesmo poderían ser perigosas e orixinar unha resposta inmunitaria sistémica ou unha tormenta de citocinas. Non obstante, os datos experimentais obtidos en soro de coello rico inmunoloxicamente indican que o soro hiperinmune fai máis lenta pero non bloquea a actividade da lisina Cpl-1 pneumocócica.[12]
Uso antimicrobiano editar
As lisinas de fagos foron probadas con éxito en modelos animais para controlar bacterias patóxenas resistentes a antibióticos que se encontran nas mucosas e no sangue. A principal vantaxe das lisinas comparadas cos antibióticos non é só a baixa resistencia bacteriana senón tamén a alta especificidade cara ao patóxeno diana, e a baixa actividade cara á flora bacteriana normal do animal hóspede.[2]
As lisinas usáronse primeiramente en terapéutica en animais en 2001, nunha publicación na cal ratos colonizados oralmente por Streptococcus pyogenes foron descolonizados aplicándolles unha soa dose de lisina PlyC administrada oralmente.[13]
Notas editar
- ↑ Pérez-Dorado I, Campillo NE, Monterroso B, Hesek D, Lee M, Páez JA, García P, Martínez-Ripoll M, García JL, Mobashery S, Menéndez M, Hermoso JA (August 2007). "Elucidation of the molecular recognition of bacterial cell wall by modular pneumococcal phage endolysin CPL-1". J. Biol. Chem. 282 (34): 24990–9. PMID 17581815. doi:10.1074/jbc.M704317200.
- ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 Fischetti VA (Oct 2008). "Bacteriophage lysins as effective antibacterials". Current Opinion in Microbiology 11 (5): 393–400. PMC 2597892. PMID 18824123. doi:10.1016/j.mib.2008.09.012.
- ↑ 3,0 3,1 Young R (Sep 1992). "Bacteriophage lysis: mechanism and regulation". Microbiological Reviews 56 (3): 430–81. PMC 372879. PMID 1406491.
- ↑ 4,0 4,1 McGowan S, Buckle AM, Mitchell MS, Hoopes JT, Gallagher DT, Heselpoth RD, Shen Y, Reboul CF, Law RH, Fischetti VA, Whisstock JC, Nelson DC (Jul 2012). "X-ray crystal structure of the streptococcal specific phage lysin PlyC". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 109 (31): 12752–7. Bibcode:2012PNAS..10912752M. PMC 3412044. PMID 22807482. doi:10.1073/pnas.1208424109.
- ↑ García E, García JL, García P, Arrarás A, Sánchez-Puelles JM, López R (Feb 1988). "Molecular evolution of lytic enzymes of Streptococcus pneumoniae and its bacteriophages". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 85 (3): 914–8. Bibcode:1988PNAS...85..914G. JSTOR 31364. PMC 279667. PMID 3422470. doi:10.1073/pnas.85.3.914.
- ↑ 7,0 7,1 7,2 Loessner MJ, Kramer K, Ebel F, Scherer S (Apr 2002). "C-terminal domains of Listeria monocytogenes bacteriophage murein hydrolases determine specific recognition and high-affinity binding to bacterial cell wall carbohydrates". Molecular Microbiology 44 (2): 335–49. PMID 11972774. doi:10.1046/j.1365-2958.2002.02889.x.
- ↑ García P, García JL, García E, Sánchez-Puelles JM, López R (Jan 1990). "Modular organization of the lytic enzymes of Streptococcus pneumoniae and its bacteriophages". Gene 86 (1): 81–8. PMID 2311937. doi:10.1016/0378-1119(90)90116-9.
- ↑ Wang IN, Smith DL, Young R (2000). "Holins: the protein clocks of bacteriophage infections". Annual Review of Microbiology 54: 799–825. PMID 11018145. doi:10.1146/annurev.micro.54.1.799.
- ↑ Yoong P, Schuch R, Nelson D, Fischetti VA (Jul 2004). "Identification of a broadly active phage lytic enzyme with lethal activity against antibiotic-resistant Enterococcus faecalis and Enterococcus faecium". Journal of Bacteriology 186 (14): 4808–12. PMC 438584. PMID 15231813. doi:10.1128/JB.186.14.4808-4812.2004.
- ↑ Plotka M, Kaczorowska AK, Stefanska A, Morzywolek A, Fridjonsson OH, Dunin-Horkawicz S, Kozlowski L, Hreggvidsson GO, Kristjansson JK, Dabrowski S, Bujnicki JM, Kaczorowski T (Feb 2014). "Novel highly thermostable endolysin from Thermus scotoductus MAT2119 bacteriophage Ph2119 with amino acid sequence similarity to eukaryotic peptidoglycan recognition proteins". Applied and Environmental Microbiology 80 (3): 886–95. PMC 3911187. PMID 24271162. doi:10.1128/AEM.03074-13.
- ↑ Loeffler JM, Djurkovic S, Fischetti VA (Nov 2003). "Phage lytic enzyme Cpl-1 as a novel antimicrobial for pneumococcal bacteremia". Infection and Immunity 71 (11): 6199–204. PMC 219578. PMID 14573637. doi:10.1128/IAI.71.11.6199-6204.2003.
- ↑ Nelson D, Loomis L, Fischetti VA (Mar 2001). "Prevention and elimination of upper respiratory colonization of mice by group A streptococci by using a bacteriophage lytic enzyme". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 98 (7): 4107–12. PMID 11259652. doi:10.1073/pnas.061038398.