ФЛАГЕЛИНА: СТРУКТУРА И ФУНКЦИЈЕ - БИОЛОГИЈА - 2025

Флагеллин је протеин од влакна, што је структура која је део флагела бактерија. Огромна већина бактерија има само једну врсту флагелина. Међутим, неки их имају више од два.

Молекуларна величина овог протеина варира између 30 кДа и 60 кДа. На пример, код Ентеробацтериацеае његова молекуларна величина је велика, док је код одређених слатководних бактерија мала.

Извор: Дартмоутх Елецтрон Мицросцопе Фацилити, Дартмоутх Цоллеге

Флагеллин је фактор вируленције који омогућава адхезију и инвазију ћелија домаћина. Поред тога, он је моћан активатор многих врста ћелија које су укључене у урођени и адаптивни имуни одговор.

Ултраструктура флагела и покретљивост

Флагеллум је усидрен на ћелијској површини. Састоји се од три дела: 1) нит која се протеже од ћелијске површине и има чврсту, шупљу цилиндричну структуру; 2) базално тело које је уграђено у ћелијски зид и слојеве мембране, формирајући неколико прстенова; и 3) кука, кратка закривљена структура која спаја базално тело са нити.

Базално тело је најкомплекснији део флагела. У грам негативних бактерија има четири прстена спојена са централним колоном. У грам позитивно има два прстена. Ротационо кретање флагела догађа се у базалном телу.

Положај флагела на површини бактерија варира између организама и може бити: 1) монотерни, са само једним бичем; 2) поларни, са два или више; или 3) перитрицхоус, са много бочних флагела. Постоје и ендофлагеле, као у спирохетама, који се налазе у периплазматском простору.

Хелицобацтер пилори је веома покретљив јер има шест до осам униполарних флагела. ПХ градијент кроз слуз омогућава Х. пилори да се оријентише и успостави у простору поред ћелија епитела. Псеудомонас има поларни флагеллум, који показује хемотаксију шећера и повезан је са вируленцијом.

Структура флагеллина

Упечатљива карактеристика флагеллин протеинске секвенце је та што су њени Н-терминални и Ц-терминални делови високо очувани, док је централна регија веома променљива између врста и подврста истог рода. Ова хиперваријабилност је одговорна за стотине серотипова Салмонелла спп.

Молекули флагелина међусобно делују кроз терминалне регије и полимеризирају се у облику нити. При томе су крајње регије смештене према унутрашњости цилиндричне структуре нити, док су средишње отворене према споља.

За разлику од тубулинских филамената који деполимеризирају у одсуству соли, бактерије су врло стабилне у води. Око 20.000 подјединица тубулина формира нит.

Две врсте флагелинина полимеризирају се у нитима Х. пилори и Псеудомонас аеругиноса: ФлаА и ФлаБ, кодиране флиЦ геном. ФлаА су хетерогени и подељени су у неколико подскупина, при чему молекуларне масе варирају између 45 и 52 кДа. ФлаБ је хомоген са молекуларном масом од 53 кДа.

Често се остаци лизина флагелина метилишу. Надаље, постоје и друге модификације попут гликозилације ФлаА и фосфорилације остатака тирозина ФлаБ-а, чије су функције, вируленција и извозни сигнал.

Раст флагеларних нитних бактерија

Бич бактерија може се елиминисати експериментално и може се проучити његова регенерација. Подјединице флагеллина се транспортују кроз унутрашњу област ове структуре. Када дођу до крајности, подјединице се додају спонтано уз помоћ протеина („цап цап протеин“) који се зове ХАП2 или ФлиД.

Синтеза филамента одвија се сопственим састављањем; то јест, за полимеризацију флагеллина нису потребни ензими или фактори.

Информације за састављање нити се налазе у самој подјединици. Тако флагелин подјединице полимеризирају да би се створило једанаест протофиламената, који чине комплетан.

Синтеза флагелинина П. аеругиноса и Протеус мирабилис инхибира антибиотицима као што су еритромицин, кларитромицин и азитромицин.

Флагеллин као активатор имунолошког система

Прве студије су показале да је флагелин у субнаномоларним концентрацијама Салмонеле моћан индуктор цитокина у промоноцитној ћелијској линији.

Након тога, показано је да индукција про-упалног одговора укључује интеракцију између флагеллина и рецептора на површини ћелија урођеног имуног система.

Површински рецептори који су у интеракцији са флагелином су толл-5 типа (ТЛР5). Након тога, студије са рекомбинантним флагелином показале су да, кад му није недостајало хиперваријабилно подручје, није у стању да индукује имуни одговор.

ТЛР5 су присутни у ћелијама имунолошког система, као што су лимфоцити, неутрофили, моноцити, макрофаги, дендритичке ћелије, епителне ћелије и лимфни чворови. У цревима, ТЛР5 регулише састав микробиоте.

Грам-негативне бактерије обично користе секреторни систем типа ИИИ да транслоцирају флагелин у цитоплазму ћелије домаћина, изазивајући низ интрацелуларних догађаја. Дакле, флагеллин у међућелијском медијуму препознају протеини породице НАИП (породица протеина инхибитора апоптозе / НЛР породице).

Након тога, флагеллин-НАИП5 / 6 комплекс ступа у интеракцију са НОД-сличним рецептором, који ствара одговор домаћина на инфекцију и оштећење.

Флагеллин и биљке

Биљке препознају овај протеин по путу флагеллин сенсинг 2 (ФЛС2). Последња је киназа рецептора богата леуцином и хомологна је ТЛР5. ФЛС ”у интеракцији са Н-терминалним регионом флагеллина.

Везивање флагелина са ФЛС2 ствара фосфорилацију МАП киназног пута, што кулминира у синтези протеина који посредују у заштити од гљивица и бактерија.

У неким биљкама ноћурка, флагеллин се такође може везати за ФЛС3 рецептор. На тај се начин заштите од патогена који измичу одбрани посредованој од ФЛС2.

Флагеллин као помоћно средство

Помоћни додатак је материјал који повећава ћелијски или хуморални одговор на антиген. Будући да многе вакцине производе слаб имуни одговор, потребни су добри адјуванси.

Бројне студије су показале ефикасност флагеллина као помоћног средства. Ова истраживања састојала су се од употребе рекомбинантног флагелина у вакцинама, процењеног употребом животињских модела. Међутим, овај протеин тек треба да прође фазу И клиничких испитивања.

Међу проученим рекомбинантним флагелинима су: флагеллин - епитоп 1 хематоглутинина вируса грипе; флагелин-епитоп Сцхистосома мансони; флагеллин - топлотно стабилан токсин из Е. цоли; флагелин - површински протеин 1 плазмодијума; и флагеллин - протеин овојнице вируса Нила, међу осталим рекомбинантима.

Постоје неке предности употребе флагеллина као помоћног средства у вакцинама за људску употребу. Ове предности су следеће:

1) Ефикасан је у веома малим дозама.

2) Не стимулишу ИгЕ одговор.

3) Секвенција другог адјуванса, Аг, може да се убаци у флагелин секвенцу без утицаја на сигнални пут флагеллина преко ТЛР5.

Остале употребе флагеллина

Будући да гени флагеллина показују широке варијације, могу се користити за специфично откривање или за идентификацију врста или соја.

На пример, комбинација ПЦР / РФЛП коришћена је за проучавање дистрибуције и полиморфизма флагелин гена у изолатима Е. цоли из Северне Америке.

Референце

1. Хајам, ИА, Дар, ПА, Схахнаваз, И., Јауме, ЈЦ, Лее, ЈХ 2017. Бактеријски флагелин - снажно имуномодулаторно средство. Експериментална и молекуларна медицина, 49, е373.
2. Кавамура-Сато, К., Инума, И., Хасегава, Т., Хории, Т., Иамасхино, Т., Охта, М. 2000. Утицај субинхибицијских концентрација макролида на експресију флагеллина код Псеудомонас аеругиноса и Протеус мирабилис. Антимикробна средства и хемотерапија, 44: 2869–2872.
3. Мизел, СБ, Батес, ЈТ 2010. Флагеллин као помоћник: ћелијски механизми и потенцијал. Јоурнал оф Иммунологи, 185, 5677-5682.
4. Пресцотт, ЛМ, Харлеи, ЈП, Клаин, СД 2002. Мицробиологи. Мц Грав-Хилл, Нев Иорк.
5. Сцхаецхтер, М. 2009. Деск деск енциклопедија микробиологије. Ацадемиц Пресс, Сан Диего.
6. Винстанлеи, Ц., Морган, АВ 1997. Бактеријски ген флагелин као биомаркер за детекцију, популацијску генетику и епидемиолошке анализе. Мицробиологи, 143, 3071-3084.