Lipopoliszacharidok![]() A lipopoliszacharidok (LPS) nagy molekulák, melyek lipidből és poliszacharidból állnak, és bakteriális toxinok. O-antigénből, külső magból és belső magból állnak, melyeket kovalens kötések kapcsolnak össze, és Gram-negatív baktériumok külső membránján vannak. Gyakran az endotoxin fogalmát az LPS szinonimájaként használják,[1] azonban vannak endotoxinok (az eredeti értelmükben, vagyis bakteriális sejtben lévő, annak bomlásakor kiszabaduló toxinok), melyek nem kapcsolódnak LPS-hez, például a Bacillus thuringiensis termelte δ-endotoxinok.[2] A lipopoliszacharidok jelentősen befolyásolhatják az egészséget, elsősorban az immunrendszerre hatva. Hatékony immunaktivátorok és pirogének.[3] Súlyos esetben az LPS szeptikus sokkot is okozhat.[4] Alacsonyabb mennyiségben és hosszabb idő alatt az LPS fontos káros szerepet játszhat az autoimmun betegségekben, az obesitasban, a depresszióban és a senescentiában.[5][6][7][8] FelfedezésAz LPS mérgező hatását Richard Friedrich Johannes Pfeiffer fedezte fel, és ő nevezte el őket endotoxinoknak, melyek a baktériumon belül lévő toxinok, de csak annak megszűnéséig vannak ott, megkülönböztetve az exotoxinoktól, melyeket a baktérium folyamatosan bocsát ki környezetébe.[9] Később kiderült, hogy a Gram-negatív baktériumokból való LPS-kibocsátáshoz nem mindig szükséges a baktériumsejtfal lebomlása, hanem az LPS a membránvezikulum-forgalom révén normál fiziológiás aktivitás mellett kerül ki a bakteriális külsőmembrán-vezikulumokba, melyek más virulenciafaktorokat és fehérjéket tartalmaznak.[10][11] Funkciója baktériumokbanAz LPS a Gram-negatív baktériumok külső membránjának fő alkotója, jelentősen hozzájárulva a baktériumok szerkezeti épségéhez és a membrán védelméhez bizonyos kémiai támadásoktól. Az LPS a leggyakoribb antigén a legtöbb Gram-negatív baktérium felszínén: az E. coli és a Salmonella külső membránjának akár 80%-át is adhatja.[11] Az LPS növeli a sejtmembrán negatív töltését, és segít stabilizálni a membránszerkezetet. Nagyon fontos számos Gram-negatív baktériumnak, melyek elpusztulnak az azokat kódoló gének mutációja vagy eltűnése esetén. Azonban az LPS legalább egy kevés Gram-negatív baktériumnak nem szükséges – ilyenek a Neisseria meningitidis, a Moraxella catarrhalis és az Acinetobacter baumannii.[12] Szerepe lehet nem patogén hatásokban is, például a felszínadhézióban, a bakteriofág-szenzitivitásban és a predátorokkal, például amőbákkal való kölcsönhatásban. Ezenkívül az LPS szükséges az omptinok (egy baktériumproteáz-osztály) működéséhez.[13] Összetétel![]() A lipopoliszacharidok 3 részből állnak: az O antigénből (más néven O poliszacharid), a mag-oligoszacharidból és a lipid A-ból. O-antigénAz O-antigén, más néven O-poliszacharid vagy O-oldallánc ismétlődő glikánpolimer. Ez a mag-oligoszacharidhoz kapcsolódik, és az LPS legkülső része. Összetétele törzsenként eltér: a különböző Escherichia coli-törzsekben több mint 160 eltérő szerkezet van.[14] Az O-láncok jelenléte vagy hiánya határozza meg, hogy az LPS sima vagy durva. A teljes hosszúságú O-láncok sima, hiányuk vagy rövidülésük durva LPS-t jelentenek.[15] A durva LPS-ű baktériumok sejtmembránján általában jobban hatolnak át a hidrofób antibiotikumok, mivel a durva LPS hidrofóbabb.[16] Az O antigén a baktériumsejt legkülső részén van, így a gazdaantitestek célpontja. MagA magdoménben mindig van oligoszacharid, mely a lipid A-hoz közvetlenül kapcsolódik, és cukrokat, például heptózokat és 3-dezoxi- d-manno-okt-2-ulozonsavat (KDO, ketodezoxioktulozonát) tartalmaz.[17] Sok baktérium LPS magja tartalmaz nem szénhidrát részeket, például foszfátot, aminosavakat vagy etanolamin szubsztituenseket. Lipid AA lipid A általában foszforilált glükózamin-diszacharid több zsírsavval. Ezek az LPS-t a baktériummembránba rögzítik, a maradék a sejtfelszínből megy ki. Ez felel sok Gram-negatív baktérium toxicitásáért. A baktériumok lízisekor lipid A-tartalmú membrántöredékek kerülnek a vérbe, lázat, hasmenést és adott esetben szeptikus sokkot okozva. A lipid A rész az LPS nagyon állandó része.[18] Azonban a lipid A szerkezete eltér a baktériumfajok közt. Ez határozza meg a a gazda immunaktivációját.[19] LipooligoszacharidokAz LPS „durva” alakja kisebb az O-poliszacharid hiánya miatt, mely helyett oligoszacharid van. Ez a lipooligoszacharid, mely egyes Gram-negatív baktériumok, például a Neisseria és a Haemophilus spp. külső membránján van.[5][20] A LOS a Gram-negatív baktériumok külső membránjának épségét és működőképességét tartja fenn. Fontos egyes baktériumfertőzések patogenezisében, mivel képes immunstimulánsként és immunmodulátorként hatni.[5] Továbbá lehetővé teszik egyes baktériumtörzsek molekuláris mimikrijét és az antigéndiverzitást, segítve a gazda immunitásának kivédését és a bakteriális törzsek virulenciáját. A Neisseria meningitidisnél a lipid A szimmetrikus, a belső mag 3-dezoxi- d-manno-okt-2-ulozonsav- (KDO) és heptóz (Hep) részből áll, a külső pedig a törzstől függ.[5][20] HatástalanításaEgy nagyon állandó gazdaenzim, az aciloxiacil-hidroláz képes az LPS hatástalanítására szövetekbe való belépésekor vagy ottani termelődésükkor. Ezenkívül a bélben lévő LPS-t LPS-gátlóvá alakíthatja. Ily lipázt termelnek a neutrofilok, a makrofágok és a dendritsejtek, mely inaktiválja az LPS-t a lipid A két szekunder acilláncának eltávolításához tetraacil-LPS-t eredményezve. Egereknek beadva LPS-t az AOAH-hiányos egerekben megnő a nem specifikus antitestek száma, hosszú krónikus hepatomegália és elhúzódó endotoxin-tolerancia jelentkezik. Az LPS-inaktiváció szükség lehet az állatoknak a homeosztázis helyreállítására a neki való kitettség után.[21] Bár az LPS-szignál akadályozására van sok más módszer, ezek egyike se képes a változás megakadályozására az AOAH-hiányos állatokban. Az LPS bélfoszfatáz általi defoszforilációja csökkentheti a Salmonella tryphimurium és a Clostridioides difficile fertőzésének súlyosságát a normál bélmikrobiom helyreállításával.[22] Ez megakadályozza a baktériumok okozta gyulladást és a „szivárgó beleket” a lipid A defoszforilációjával.[23][24][25] Bioszintézis és transzport![]() ![]()
Biológiai hatások a Gram-negatív baktériumokkal fertőzöttekreImmunválaszAz LPS a legfőbb endotoxin, mivel a CD14/TLR4/MD2 receptorkomplexhez kötődik számos sejttípusban, különösen a monocitákban, a makrofágokban és a B-sejtekben, mely a citokin-, a nitrogén-monoxid- és az eikozanoidszekréciót erősíti.[28] Bruce Beutler a 2011-es fiziológiai vagy orvostudományi Nobel-díj egy részét annak bemutatásáért kapta, hogy a TLR4 LPS-receptor.[29][30] A sejt stresszválaszának részeként a szuperoxid az egyik fő reaktív oxigéngyök, melyet az LPS indukál sok TLR-t expresszáló sejttípusban.[31] Az LPS továbbá exogén pirogén (lázokozó anyag).[3] Az LPS-funkcióval néhány évig kísérleteztek, mivel számos transzkripciós faktort aktivál. Az LPS számos, a szeptikus sokkban résztvevő mediátort termel. Az ember sokkal érzékenyebb az LPS-re más állatoknál, például egereknél: 1 μg/kg LPS elég emberben a szeptikus sokkhoz, de az egér 1000-szer annyit tolerál.[32] Ennek oka lehet a természetes antitestek szintje közti eltérés a két faj közt.[33][34] Said et al. kimutatták, hogy az LPS a CD4 T-sejtek tágulásának IL-10-függő akadályozását okozza, és a PD-1-szinteket növeli a monocitákon, ami az azok általi IL-10-termelést okozza a PD-1 PD-L1 általi kötése után.[35] Az endotoxinok felelnek főképp a Gram-negatív patogének, például a meningococcalis betegségeket, például meningococcaemiát, Waterhouse–Friderichsen-szindrómát és meningitist okozó Neisseria meningitidis általi fertőzés súlyosságához. Számos baktériumtörzs LPS-ének részei kémiailag hasonlók a gazdasejt felszínén lévő molekulákhoz (molekuláris mimikri).[36] Például a Neisseria meningitidis L2, 3, 5, 7, 9-nél az oligoszacharid végén lévő tetraszacharid (lakto-N-neotetraóz) azonos a humán eritrociták ABH glikolipidje, a paraglobozid tetraszacharidjával.[5] A patogén Neisseria-fajok LOS-ának triszacharidja (laktotriaóz) megtalálható a humán sejteken lévő glikoszfingolipidekben is.[5] Számos meningococcus B és C, valamint a gonococcusok LOS-szerkezete rendelkezik e triszachariddal.[5] E mimikri nemcsak álca az immunrendszer elől, hanem az immuntolerancia megszüntetésében is szerepet játszhatnak egyes humán leukocita-antigénekkel, például HLA-B35-tel való fertőzéskor.[5] Az LPS-t érzékelhetik a vérképző őssejtek (HSC) a TLR4-kötéssel, mely proliferációjukat okozza szisztémás fertőzés esetén. Ez aktiválja a TLR4-TRIF-ROS-p38 jelzést a HSC-kben, és proliferatív stresszt okozhatnak, a kompetitív megújítási képességet csökkentve.[37] Egerek S. typhimurium-fertőzése hasonló eredményt adott, érvényessé téve a kísérleti modellt in vivo. A változékonyság hatása az immunválaszra![]() Az O-antigének az LPS legváltozékonyabb részei, így azok antigénspecifikusak. Ezzel szemben a lipid A a legállandóbb. Azonban a lipid A összetétele is eltérhet (az acilláncok számában és természetében – akár nemzetségen belül vagy azok közt is). Néhány ilyen változás antagonisztikus tulajdonságokat adhat az LPS-nek. Például a Rhodobacter sphaeroides difoszforil-lipid A-ja a humán sejtekben LPS-antagonista, de a hörcsög- és lósejtekben agonista.[38] Feltehetően a kúposabb lipid A (például az E. colié) jobb agonista, a kevésbé kúpos, például a Porphyromonas gingivalisé, más szignált aktiválhat (TLR2-t a TLR4 helyett), a teljesen kúpos, például a Rhodobacter sphaeroidesé TLR-antagonista.[39][40] Általában az LPS-géncsoportok az egyes patogéntörzsek, -alfajok és -fajok közt erősen eltérnek.[41][42] A normál humán vérszérum baktericid anti-LOS antitesteket tartalmaznak, és az eltérő szerotípusú törzsekkel fertőzött betegek eltérő specificitású antitesteket tartalmaznak a normál szérumhoz képest.[43] Ennek oka a LOS szerkezete, különösen az oligoszacharid részéé.[43] A Neisseria gonorrhoeaeben kimutatták, hogy a LOS antigenitása változhat a fertőzés során, mivel e baktériumok 1-nél több LOS-típust szintetizálhatnak (fázisvariáció).[43] Továbbá a Neisseria gonorrhoeae a Neisseria meningitidishez és a Haemophilus influenzaehez hasonlóan[5] képes tovább módosítani a LOS-t in vitro, például szialilációval (sziálsavrészlettel történő módosítás), növelve a komplementmediált támadáshoz,[43] csökkentheti a komplementrendszer aktivációját,[5] vagy kikerülheti a baktericid antitestek hatásait.[5] A szialiláció hozzájárulhat a gátolt neutrofilkötéshez és immunsejtek által történő fagocitózishoz, valamint a kisebb oxidatív stresszhez.[5] A Haemophilus somnus, egy marhapatogén szintén mutatott LOS-fázisvariációt, ami segítheti a marha immunrendszerének kivédésében.[44] E megfigyelések alapján tehát a baktériumok felszíni molekuláinak, például a LOS-nak a változásai segítheti a patogén humorális és sejtmediált immunitás elleni védelmét. Nem kanonikus LPS-felismerési útvonalak2018-ban felfedezték, hogy a TLR4-mediált útvonalak mellett egyes tranziens receptorpotenciál-ioncsatornák is felismerik az LPS-t.[45] A TRPA1 LPS-mediált aktivációját kimutatták egerekben[46] és Drosophila melanogasterben.[47] Nagyobb koncentrációban az LPS más TRP csatornákat is aktivál, például a TRPV1-et, a TRPM3-at és bizonyos mértékig a TRPM8-at is.[48] Az LPS-t epitélsejteken a TRPV4 ismeri fel. A TRPV4 LPS általi aktivációja szükséges és elegendő a nitrogén-monoxid-termeléshez.[49] Egészségi hatásokAz LPS egészségi hatásainak alapvető okai az immunaktivációs és -modulációs, különösen gyulladásokozó képessége. EndotoxémiaAz endotoxinok jelenléte a vérben az endotoxémia. A magas endotoxinszint szeptikus sokkot okoz,[50] az alacsonyabb a metabolikus endotoxémia.[51] Az endotoxémia kapcsolatban állhat az elhízással, az étrenddel,[52] a szív- és érrendszeri megbetegedésekkel[52] és a cukorbetegséggel,[51] de ezt a gazda genomja is befolyásolhatja.[53] Ezenkívül a béleredetű endotoxémia, különösen a gazda-patogén felületnél, fontos tényező az alkoholos hepatitiszben,[54] mely valószínűleg vékonybélbaktériumtúlburjánzás-szindróma és megnövekedett bélpermeabilitás miatt alakul ki.[55] A lipid A az emlősök immunrendszerének irányítatlan aktivációját okozhatja gyulladásmediátorokkal, ami szeptikus sokkhoz vezethet.[20] E reakciót a Toll-típusú receptor 4 mediálja, mely az immunsejt-aktivációért felel.[20] Az erek endotél rétegének ezek által okozott sérülése kapilláris szivárgáshoz, vazodilatációhoz, szívfunkció-csökkenéshez és szeptikus sokkhoz vezethet.[56] Jelentős komplementaktiváció is megfigyelhető később a baktériumok osztódása révén.[56] A nagy bakteriális proliferáció kiterjedt intravaszkuláris koagulációhoz (DIC) vezethet egyes szervek, például a vese, a mellékvesék és a tüdő funkciójának elvesztésével a nem megfelelő vérellátás miatt. A bőr a gyakran a koagulációs faktorok csökkenésével együtt jelentkező érsérülés hatásait is mutatja petechiák, purpura és ecchymosis formájában. A végtagok is érintettek lehetnek, bizonyos esetekben akár üszkösödés is kialakulhat.[56] A mellékvese-funkció megszűntének következménye mellékvese-elégtelenség, a mellékvesékbe való vérzésé Waterhouse–Friderichsen-szindróma, melyek mindegyike életveszélyes lehet. A gonococcalis LOS sérülést okozhat a humán petevezetékben.[43] Autoimmun betegségEgyes LOS-molekulák molekuláris mimikrije feltehetően autoimmunitást okozó gazdaválaszokat, például sclerosis multiplexet okozhat.[5][36] További példák a gazdaszervezetek baktériumok általi mimikrijére az emberben gyomor-bél betegséget okozó Helicobacter pyloriban és a Campylobacter jejuniban és a chancroidát okozó Haemophilus ducreyi. Egyes C. jejuni-szerotípusok Guillain–Barré-szindróma és annak változata, a Miller–Fisher-szindróma okozói. Ennek okai bizonyos tetra- és pentaszacharidok a LOS-ban.[5] ElhízásEpidemiológiai tanulmányok szerint a nagyobb LPS-mennyiség, amit a több endotoxin-termelő baktérium okozhat, egyes elhízással kapcsolatos betegségekben is közrejátszhat.[6][57][58] Más tanulmányok szerint a tisztított E. coli-LPS elhízást és inzulinrezisztenciát okozhat csíramentes egérmodellekben.[59] Egy 2012-es tanulmány az Enterobacter cloacae B29 lehetséges közreműködését vizsgálta egy ember elhízásában és inzulinrezisztenciájában.[60] Az LPS és az elhízás kapcsolatának feltételezett módja, hogy az endotoxin gyulladásmediált útvonalat hoz létre, mely az észlelt elhízást és az inzulinrezisztenciát okozza.[59] Kapcsolódó baktériumnemzetségek például az Escherichia és az Enterobacter. DepresszióKísérletekből és megfigyelésekből is igazolhatónak bizonyult, hogy az LPS a depresszióban közrejátszhat. LPS egereknek adása depresszív tünetekhez vezethet, és egyes depressziós emberekben nagyobb az LPS-szint. A gyulladás közrejátszhat benne, és az LPS azt segíti.[7] SejtöregedésAz LPS okozta gyulladás sejtöregedést okozhat például a tüdő epitél- és a mikrogliasejtek esetén (utóbbi neurodegenerációhoz vezet).[8] SzennyezőanyagkéntA lipopoliszacharidok gyakori szennyeződések a baktériumokból preparált plazmid-DNS-ben és a bennük kifejezett fehérjékben, és eltávolítandó a kísérletek szennyezését és a fermentációval előállított termékek toxicitását elkerülendő.[61] Az állatmodellekben az egyik leggyakrabban tanulmányozott fehérje, az ovalbumin gyakran tartalmaz endotoxint. Ez gyakori modellallergén légúti hiperreszponzivitásra (AHR). Az LPS-tartalmú ovalbumin eredményeket hamisíthat, mivel a pontos allergénhatást nem adja vissza.[62] A gyógyszergyártásban szükséges minden endotoxinnyom eltávolítása a gyógyszertároló edényekből, mivel kevés endotoxin is betegséget tud okozni. Erre depirogenációs kemencét használnak, mivel több mint 300 °C-os hőmérséklet kell az LPS teljes bontásához.[63] Az endotoxin észlelésére használatos standard assay a limulus-amőbocita-lizátum (LAL) assay, mely a patkórák (Limulus polyphemus) amőbocitáit használja.[64] A lizátum koagulációját nagyon kevés LPS is okozza az enzimkaszkád révén történő nagymértékű erősítés miatt. Azonban a patkórák csökkenő mennyisége és a LAL-lel kölcsönható faktorok miatt alternatív assay-ket hoztak létre, például az ELISA teszteket, melyek a LAL rekombináns változatát, a faktor C-t használják.[65] Jegyzetek
FordításEz a szócikk részben vagy egészben a Lipopolysaccharide című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként. További információk
|
Portal di Ensiklopedia Dunia