As hemolisinas son lípidos e proteínas que causan a lise de glóbulos vermellos sanguíneos ao alteraren a súa membrana plasmática. Aínda que a actividade lítica dalgunhas hemolisinas derivadas de microbios sobre os glóbulos vermellos pode ser de grande importancia para a adquisición de nutrientes, moitas hemolisinas producidas polos patóxenos non causan unha destrución significativa de glóbulos vermellos durante a infección. Porén, as hemolisinas adoitan ter a capacidade de lisar os glóbulos vermellos in vitro.
Aínda que a maioría das hemolisinas son compostos proteicos, algunhas son lípidos biosurfactantes.[1]
Propiedades
Moitas bacterias producen hemolisinas que se poden detectar en laboratorio. Agora pénsase que moitos funfos clinicamente importantes producen tamén hemolisinas.[2] As hemolisinas poden identificarse pola súa capacidade de lisar glóbulos vermellos in vitro.
Non só os glóbulos vermellos ou eritrocitos son afectdos polas hemolisinas, pero producen tamén algúns efectos sobre outras células do sangue, como os leucocitos (glóbulos brancos). A hemolisina de Escherichia coli é potencialmente citotóxica para os monocitos, linfocitos e macrófagos, o que orixina neles autólise e morte celular.
A visualización da hemólise en glóbulos vermellos facilita a clasificación de bacterias como os Streptococcus.
Mecanismos
Unha maneira na que a hemolisina lisa os eritrocitos é formar poros en bicapas de fosfolípidos.[3][4] Outras hemolisinas lisan os eritrocitos ao hidrolizaren os fosfolípidos das bicapas das membranas.
As hemolisinas segréganas normalmente bacterias de modo hidrosoluble. Estes monómeros difunden ás células diana e quedan adheridas a elas por receptores específicos. Despois de que ocorre iso, oligomerízanse, creando complexos heptámeros con forma de anel.[5]
As hemolisinas poden ser segregadas por moitos tipos de bacterias como Staphylococcus aureus, Escherichia coli ou Vibrio parahaemolyticus entre outros patóxenos. Podemos tomar como exemplo a Staphylococcus aureus dunha bacteria que produce hemolisinas formadoras de poros. Staphylococcus aureus é un patóxeno que causa moitas doenzas infecciosas como a pneumonía e a sepse. Produce un complexo de forma anular chamado poro de α-hemolisina estafilocócica. Na natueza Staphylococcus aureus segrega monómeros de α-hemolisina que se unen á parte externa da membrana de células susceptibles. Ao unírense, os monómeros oligomerízanse para formar unha canle transmembrana chea de auga que facilita a permeación incontrolada de auga, ións e pequenas moléculas orgánicas. A rápida descarga de moléculas vitais como o ATP, a disipación do potencial de membrana e os gradientes iónicos, e o edemas irreversibles que causan a rotura da parede celular (lise) poden causar a morte da célula hóspede.
Este poro consta de sete subunidades de alfa-hemolisina, que representan o maior axente citotóxico que se libera por este tipo de bacterias. Estas subunidades adhírense ás células diana do xeito descrito antes, e esténdese a bicapa lipídica, formando a estrutura do poro. Estes poros na membrana plasmática acaban finalmente por causar a morte da célula, xa que deixan que se produza o intercambio de ións monovalentes que causarían a fragmentación do ADN.
Encimáticos
Algunhas hemolisinas danan a membrana do eritrocito ao cortaren os fosfolipidos da membrana.
Hemolisinas de Staphylococcus aureus
α-Hemolisina
Alfa(α)-hemolisina de Staphylococcus aureus: estrutura macromolecular do poro transmembrana.
Esta toxina segregada por Staphylococcus aureus únese á parte externa da membrana, seguidamente prodúcese unha oligomerización de monómeros de toxinas para formar canles cheos de auga.[6] Son responsables de fenómenos osmóticos, despolarización celular e perda de moléculas vitais (por exemplo ATP), orixinando a morte da célula.[7]
β-Hemolisina
A β-hemolisina (hlb; Q2FWP1) é unha fosfolipase C que funciona como toxina segregada por S. aureus. Ao investigarse en eritrocitos de ovella viuse que o seu mecanismo tóxico era a hidrólise dun lípido de membrana específico, a esfingomielina, a cal supón o 50 % da membrana celular. Esta degradación vai seguida dun apreciable aumento de fosforilcolina debido á liberación de fósforo orgánico da esfingomielina e finalmente causa a lise da célula.[8]
γ-Hemolisina
As γ-hemolisinas son toxinas formadoras de poros da mesma familia da α-hemolisina. Son as únicas hemolisinas que teñen dous compoñentes, e, por tanto, denomínanse como toxinas bicompoñente (InterPro: IPR003963). Comparadas coas β-hemolisinas, teñen unha maior afinidade polas fosfocolinas con ácidos graxos de cadea saturada, especialmente se teñen forma cónica, mentres que os lípidos cilíndricos (como a esfingomielina) dificultan a súa actividade. O proceso lítico, observado principalmente en leucocitos, é causado pola formación de poros inducida por un octámero oligomerizado que se organiza nunha estrutura anular. Unha vez que se formou o preporo, orixínase outro máis estable, chamado barril β. Nesta parte final, o octámero únese coa fosfatidilcolina.[9]
O heptámero de α-hemolisina de Staphylococcus aureus ten forma de cogomelo e mide ata 100 Å de diámetro e 100 Å de altura. Unha canle que atravesa toda a membrana accesible ao solvente discorre ao longo dun eixe e varía de 14 Å a 46 Å de diámetro. No exterior do barril β de 14 febras antiparalelas hai un cinto hidrófobo de aproximadamente 30 Å de anchura que proporciona unha superficie complementaria á porción non polar da bicapa lipídica. As interfaces están compostas de enlaces salinos e enlaces de hidróxeno, así como interaccións hidrofóbicas, e estes contactos proporcionan unha estabilidade molecular para o heptámero nas solucións de SDS incluso de ata 65 °C.[13]
Papel durante a infección
As hemolisinas pénsase que son as responsables de moitos eventos nas células do hóspede. Por exemplo, o ferro pode ser un factor limitante no crecemento de varias bacterias patóxenas.[14] Como o ferro libre pode xerar radicais libres daniños, o ferro libre mantense tipicamente a baixas concentracións no corpo. Os glóbulos vermellos son ricos en hemo que contén ferro. A lise destas células libera hemo nos seus arredores, permitindo que as bacterias capten o ferro libre. Pero a hemolisina non se relaciona coas bacterias só desta maneira senón tamén noutras.
Como se mencionou anteriormente, a hemolisina é un potencial factor de virulencia producido por microorganismos, que poden prexudicar a saúde humana. A pesar de causaren algunhas patoloxías graves, moitos casos de hemólise non supoñen un perigo para a saúde. Mais o feito de que as hemolisinas (producidas por microorgnismos patóxenos durante as infeccións) se combinen con outros factores de virulencia pode ser unha gran ameaza para a vida humana.
A principal consecuencia da hemólise é a anemia hemolítica, condición que implica a destrución dos eritrocitos e a súa retirada da circulación sanguínea antes do que sería normal. Como a medula ósea non pode producir eritrocitos o suficientemente rápido para cubrir as necesidades do corpo nesa situación, o oxíxeno non chega aos tecidos en cantidade suficiente. Como consecuencia, poden aparecer algúns síntomas, como fatiga, dor, arritmias, hipertrofia do corazón ou mesmo insuficiencia cardíaca, entre outros.[15]
Dependendo do tipo de hemolisina e os microorganismos que a producen, a manifestación de síntomas e enfermidades pode ser diferente dun caso a outro, como nos exemplos seguintes:
A listeriolisina de Listeria monocytogenes (unha bacteria intracelular facultativa que prospera dentro das células do hóspede, principalmente macrófagos e monocitos) causa a degradación das membranas do fagosoma, pero non é un perigo potencial para a membrana plasmática da célula.
Tanto a aerolisina coma a α-hemolisina sintetízanse por bacterias extracelulares, que infectan as superficies de tecidos específicos.
As hemolisinas son un factor que causa danos en órganos vitais, durante a actividade de Staphylococcus aureus. S.aureus é un patóxeno perigoso que pode facer que as células infectadas se necroticen, o que se adoita recoñecer por unha masiva resposta inflamatoria que orixina danos nos tecidos ou mesmo a destrución dos tecidos. Hai un claro exemplo disto: a pneumonía producida por S.aureus.[16] Neste caso, probouse que a α-hemolisina toma parte na indución de danos pulmonares necróticos polo uso do inflamasomaNLRP3, que é responsable de procesos inflamatorios e de piroptose. A pneumonía causada por S. aureus é unha doenza común nalgunhas áreas, o cal é a razón dos moitos estudos que se están a facer neste campo da inmunoloxía que tratan de desenvolver fármacos para curar ou previr este tipo de pneumonía. Polo momento, a apiegnina e a β-ciclodextrina crese que alivian a pneumonía causada por S. aureus, mentes que os anticorpos anti-α-hemolisina pénsase que dan protección.[17]
Outros descubrimentos mostraron que o principal factor de virulencia d S. aureus, a toxina formadora de poros α-hemolisina (Hla), é o factor segregado responsable da activación dunha vía autofáxica alternativa. Demostrouse que esta resposta autofáxica é inhibida ao elevar artificialmente os niveis intracelulares de AMP cíclico (AMPc).[18] Este proceso é tamén mediado polo intercambio dos factores RAPGEF3 e RAP2B.
Outro punto interesante é que o pretratamento de leucocitos con doses de α-hemolisina ás cales case o 80 % das células que sobreviven diminúen a súa capacidade de fagocitarbacterias e partículas e de utilizar a quimiotaxe. A activación prematura de leucocitos e a inhibición da fagocitose e a quimiotaxe pola α-hemolisina, se ocorren in vivo, potenciarían grandemente a supervivencia a un ataque de E. coli.[19]
Algunhas hemolisinas, como a listeriolisina O, permiten que a bacteria evada o sistema inmunitario escapando dos fagosomas. As hemolisinas poden tamén mediar o escape bacteriano das células hóspede.
Regulación da expresión xénica
A regulación da expresión xénica das hemolisinas (como a estreptolisina S) é un sistema reprimido en presenza de ferro.[20] Isto asegura que a hemolisina se produce só cando se necesita. A regulación da produción (expresión) de hemolisina en S. aureus é agora posible debido a mutacións in vitro que están relacionadas coa serina/treoninaquinase e a fosfatase.[21]
Tratamento
Como as hemolisinas son producidas por organismos patóxenos, o principal tratamento é a administración de antibióticos específicos para o patóxeno que causou a infección. Ademais, algunhas hemolisinas poden ser neutralizadas pola acción de
anticorpos anti-hemolisinas, impedindo un efecto maior e máis perigoso de hemólise no corpo.
Cando as células sanguíneas se destrúen demasiado rapidamente, poden administrarse suplementos extra de ácido fólico e ferro, e, en caso de emerxencias, unha transfusión de sangue.[22]
↑Chalmeau J, Monina N, Shin J, Vieu C, Noireaux V (xaneiro de 2011). "α-Hemolysin pore formation into a supported phospholipid bilayer using cell-free expression". Biochim. Biophys. Acta1808 (1): 271–8. PMID20692229. doi:10.1016/j.bbamem.2010.07.027.
↑Bhakdi S, Mackman N, Menestrina G, Gray L, Hugo F, Seeger W, Holland IB (xuño de 1988). "The hemolysin of Escherichia coli". Eur. J. Epidemiol.4 (2): 135–43. PMID3042445. doi:10.1007/BF00144740.
↑Dalla Serra M, Coraiola M, Viero G, Comai M, Potrich C, Ferreras M, Baba-Moussa L, Colin DA, Menestrina G, Bhakdi S, Prévost G (2005). "Staphylococcus aureus bicomponent gamma-hemolysins, HlgA, HlgB, and HlgC, can form mixed pores containing all components". J Chem Inf Model45 (6): 1539–45. PMID16309251. doi:10.1021/ci050175y.
↑Gouaux E (1998). "α-Hemolysin from Staphylococcus aureus: an archetype of β-barrel, channel-forming toxins". J. Struct. Biol.121 (2): 110–22. PMID9615434. doi:10.1006/jsbi.1998.3959.
↑Dong J, Qiu J, Wang J, Li H, Dai X, Zhang Y, Wang X, Tan W, Niu X, Deng X, Zhao S (outubro de 2012). "Apigenin alleviates the symptoms of Staphylococcus aureus pneumonia by inhibiting the production of alpha-hemolysin". FEMS Microbiol. Lett.338 (2): 124–31. PMID23113475. doi:10.1111/1574-6968.12040.
↑Griffiths BB, McClain O (1988). "The role of iron in the growth and hemolysin (Streptolysin S) production in Streptococcus pyogenes". J. Basic Microbiol.28 (7): 427–36. PMID3065477. doi:10.1002/jobm.3620280703.
