EMOLISINA: CARATTERISTICHE, TIPI, MECCANISMI D'AZIONE - BIOLOGIA - 2025

L' emolisina è una piccola proteina che causa i pori nella cellula degli eritrociti e in alcune altre cellule del sangue della membrana dei mammiferi. È generalmente sintetizzato ed escreto da batteri patogeni.

Questa proteina è una delle tossine microbiche più comuni e quella che è stata meglio studiata. A volte può causare anemia emolitica, poiché il numero di canali attraverso i quali esce l'interno della cellula può anche causare la lisi cellulare.

Struttura molecolare di un'emolisina (Fonte: Jawahar Swaminathan e personale MSD presso l'European Bioinformatics Institute tramite Wikimedia Commons)

Generalmente, l'emolisina è una tossina tipica delle specie Streptococcus del tratto intestinale. La sua funzione consente ai batteri di rompere la barriera epiteliale del tratto intestinale e quindi di muoversi attraverso il flusso sanguigno per colonizzare altri tessuti.

La forma più comune in cui si trova l'emolisina in natura è nella sua forma α-emolisina. Questa proteina è uno dei più importanti fattori di virulenza della maggior parte dei ceppi di Escherichia coli e di alcuni clostridi.

La maggior parte delle infezioni del tratto urinario sono causate da ceppi di Escherichia coli che producono α-emolisina con caratteristiche emolitiche.

La produzione di emolisina e batteriocina nei ceppi batterici è stata correlata a un meccanismo di competizione contro le altre specie e la produzione di entrambe le tossine sembra dipendere dagli stessi determinanti genetici nel genoma dei batteri.

caratteristiche

L'emolisina è composta da sette subunità e il gene che la codifica ha sette promotori. Queste sette subunità si inseriscono nella membrana plasmatica delle cellule bersaglio e, quando si uniscono, formano un canale ionico attraverso il quale escono i metaboliti dall'interno della cellula.

L'emolisina è una citotossina extracellulare calcio (Ca + 2) dipendente che agisce sulla membrana plasmatica delle cellule nel flusso sanguigno. I pori che crea nella membrana sono anche idrofili e provocano l'ingresso di acqua all'interno della cellula, che può portare alla lisi.

Le emolisine sono prodotti proteici tipici dei batteri gram-negativi e condividono tutte due caratteristiche:

1- La presenza di un piccolissimo peptide (nonapeptide) costituito da ripetizioni degli amminoacidi glicina e acido aspartico. I nonapeptidi dell'emolisina si trovano vicino alla porzione C-terminale della struttura primaria della proteina.

2- Tutte le emolisine vengono secrete dai batteri nell'ambiente extracellulare attraverso un trasportatore di tipo ABC (ATP-Binding Cassette).

La produzione di emolisina viene solitamente rilevata nei ceppi batterici attraverso la crescita in mezzo agar sangue. Nel test si osserva un alone emolitico, un prodotto della scomposizione dei globuli rossi vicino alle colonie batteriche.

tipi

Esistono diversi tipi di emolisine, classificate con una lettera greca all'inizio del nome. Le più studiate e comuni sono le emolisine α, β e γ, tutte prodotte dal ceppo Staphylococcus aureus.

I tipi di emolisina sono classificati in base alla gamma di cellule che attaccano e in base alla loro struttura primaria della proteina.

α-emolisina

Questa proteina è tipica dei ceppi di Staphylococcus aureus ed Escherichia coli; attacca i neutrofili, i globuli rossi, i linfociti, i macrofagi, i fibroblasti adulti ed embrionali. Interagisce con le teste polari dei lipidi della membrana plasmatica di queste cellule per interiorizzare una coda idrofobica di circa 5 Ӑ all'interno della membrana.

β-emolisina

Prodotta dallo Staphylococcus aureus in misura minore rispetto all'α-emolisina, la β-emolisina attacca principalmente i globuli rossi ed entra nella membrana esclusivamente attraverso i domini ricchi di sfingomielina della membrana cellulare.

γ-emolisina

È stato osservato anche nello Staphylococcus aureus. È stata classificata contemporaneamente come proteina emolitica e leucotossina, poiché colpisce le cellule polimorfonucleate dell'uomo, i monociti, i macrofagi e, raramente, anche i globuli rossi.

Questo tipo di γ-emolisina è uno dei meno caratterizzati, pertanto gran parte del suo meccanismo d'azione è sconosciuto e non è stato studiato in vivo.

Meccanismi d'azione

Il meccanismo d'azione che è stato chiarito in modo relativamente chiaro è quello dell'α-emolisina. Tuttavia, poiché sono tutte proteine ​​emolitiche, si ritiene che la maggior parte dei processi sia comune a tutte le emolisine.

Gli scienziati suggeriscono che affinché i batteri secernano emolisina nell'ambiente, devono trovarsi in un microambiente povero di nutrienti, quindi questo sarebbe un meccanismo che innesca la cellula per distruggere le cellule bersaglio e ottenere i loro nutrienti.

Il meccanismo è stato descritto in tre fasi: legame della membrana cellulare, inserimento e oligomerizzazione.

Legame di membrana

È stato scoperto che le emolisine sono in grado di legarsi alle integrine dei neutrofili e negli eritrociti queste proteine ​​hanno dimostrato di legarsi a componenti glicosilati come glicoproteine, gangliosidi e glicoforine della membrana cellulare.

Alcuni autori suggeriscono che la presenza di recettori nella membrana non è essenziale per il legame delle emolisine. In ogni caso, il meccanismo del re-mangiare cellulare della proteina non è ancora noto con precisione.

Poro transmembrana formato dalla proteina Staphylococcus emolisina (Fonte: autori di deposizione: Song, L., Hobaugh, M., Shustak, C., Cheley, S., Bayley, H., Gouaux, JE; autore della visualizzazione: Utente: Astrojan tramite Wikimedia Commons)

L'interazione con la membrana avviene in due fasi:

- Legame iniziale (reversibile): quando l'emolisina si lega ai domini leganti il ​​calcio della membrana. Questo passaggio si verifica in superficie ed è molto suscettibile alle scariche elettrostatiche.

- Giunzione irreversibile: unisce i domini amminoacidici con i componenti lipidici dello strato esterno della membrana plasmatica delle cellule bersaglio, in modo da formare legami fisici tra i composti idrofobici della membrana.

Inserimento di tossine nella membrana

L'α-emolisina inserisce i residui 177 e 411 nel primo monostrato lipidico. Nell'ambiente extracellulare, l'emolisina è associata a ioni calcio, che inducono una disposizione strutturale in essa e contribuiscono alla sua attivazione.

Questa inserzione consolida l'attaccamento irreversibile alla membrana cellulare. Una volta avvenuta la disposizione, l'emolisina viene trasformata in una proteina integrale poiché, sperimentalmente, è stato dimostrato che l'unico modo per estrarla dalla membrana è attraverso l'utilizzo di detergenti come Triton X-100.

oligomerizzazione

Quando tutta l'emolisina è stata inserita nella membrana plasmatica delle cellule bersaglio, avviene l'oligomerizzazione delle 7 subunità che la compongono, che termina con la formazione di un poro proteico, altamente dinamico ma dipendente dalla composizione lipidica della membrana.

È stato osservato che il processo di oligomerizzazione è favorito dai microdomini o zattere lipidiche della membrana cellulare. Queste regioni possono non favorire il legame della proteina, ma favoriscono l'oligomerizzazione della stessa una volta inserita.

Più emolisine si legano alla membrana, più pori si formeranno. Inoltre, le emolisine possono oligomerizzarsi a vicenda (quelle adiacenti) e formare canali molto più grandi.

Riferimenti

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