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.

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.

Estrutura

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. 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

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. Os dominios catalíticos están moi conservados nas lisinas de fagos da mesma clase.

Dominio de unión á célula

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. A afinidade de unión ao substrato da parede celular adoita ser alta, posiblemente para secuestrar nos fragmentos da parede celular calquera encima libre.

Evolución

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.

Modo de acción

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. 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. 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.

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.

Eficacia

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. Tamén se coñecen algunhas lisinas termoestables, propiedade que asfai máis axeitadas para o seu uso en biotecnoloxía. 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.

Resposta inmunitaria

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.

Uso antimicrobiano

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.

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.

Notas

Véxase tamén Outros artigos Terapia de fagos Encibiótica Lisozima

Categoría:Hidrolases