معلومة

6.2C: النوع III Toxins: A-B Toxins والسموم الأخرى التي تتداخل مع وظيفة الخلية المضيفة - علم الأحياء

6.2C: النوع III Toxins: A-B Toxins والسموم الأخرى التي تتداخل مع وظيفة الخلية المضيفة - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أهداف التعلم

  1. حدد سموم أ-ب وحدد وظائف المكون أ والمكون ب.
  2. اذكر كيف تسبب السموم الخارجية التالية ضررًا واسم بكتيريا تنتج كل منها:
    1. السموم الخارجية للخناق
    2. السموم الخارجية للكوليرا
    3. السموم المعوية
    4. توكسين الشيغا
    5. سم الجمرة الخبيثة القاتلة وذمة السم
    6. السموم الخارجية للتسمم الغذائي
    7. السموم الخارجية للكزاز

تسليط الضوء على البكتيريا

  1. اقرأ وصف بكتريا الخناق الوتدية ومطابقة البكتيريا مع وصف الكائن الحي والعدوى التي يسببها.
  2. اقرأ وصف عصيات الجمرة الخبيثة ومطابقة البكتيريا مع وصف الكائن الحي والعدوى التي يسببها.

السموم الكلاسيكية من النوع الثالث هي سموم A-B تتكون من جزأين (انظر الشكل ( PageIndex {1} )):

  1. عنصر "A" أو مكون نشط يعمل على تعطيل إنزيمي لبعض الأهداف داخل الخلايا المضيفة أو مسار الإشارات للتدخل في وظيفة الخلية المضيفة ؛ و
  2. أ "ب" أو مكون ربط (انظر الشكل ( فهرس الصفحة {2} )) الذي يربط السموم الخارجية بجزيء المستقبل على سطح غشاء الخلية المضيفة ويحدد نوع الخلية المضيفة التي يمكن للسموم أن يؤثر.

بمجرد ارتباط السموم الخارجية ، يتم نقلها عبر غشاء الخلية المضيفة. تدخل بعض سموم A-B عن طريق الالتقام الخلوي (انظر الشكل ( PageIndex {3} )) ، وبعد ذلك ينفصل المكون A من السم عن المكون B ويدخل إلى سيتوبلازم الخلية المضيفة. ترتبط سموم A-B الأخرى بالخلية المضيفة ويمر المكون A لاحقًا مباشرة عبر غشاء الخلية المضيفة ويدخل السيتوبلازم (انظر الشكل ( PageIndex {4} )).

تحفز المكونات A لمعظم سموم AB تفاعلًا يتم بواسطته إزالة مجموعة ADP-ribosyl من الإنزيم المساعد NAD وربطها تساهميًا ببعض بروتين الخلية المضيفة ، وهي عملية تسمى ADP- الارتباط بالريبوزيل (انظر الشكل ( PageIndex {5}) )). يتداخل هذا مع الوظيفة الطبيعية لبروتين الخلية المضيفة الذي ، بدوره ، يحدد نوع الضرر الناجم. تعمل بعض سموم A-B بشكل مختلف.

الدفاع الرئيسي للجسم ضد السموم الخارجية هو إنتاج الأجسام المضادة للسموم. بمجرد أن يرتبط الجسم المضاد بالسموم الخارجية ، فإن السم لم يعد قادرًا على الارتباط بالمستقبلات الموجودة على غشاء الخلية المضيفة.

تتضمن أمثلة سموم A-B ما يلي:

  1. السموم الخارجية للخناق ، التي تنتجها بكتريا الخناق الوتدية (inf). يتداخل هذا السم مع تخليق بروتين الخلية المضيفة عن طريق تحفيز ADP-ribosylation لعامل استطالة الخلية المضيفة 2 (EF-2) ، وهو أمر ضروري لكي يقوم الحمض الريبي النووي النقال بإدخال أحماض أمينية جديدة في سلسلة البروتين المتنامية. هذا يؤدي إلى موت الخلايا. في البداية يتم قتل خلايا الحلق بالسم. يتم إطلاق السم أيضًا في الدم حيث يؤدي إلى تلف الأعضاء الداخلية ويمكن أن يؤدي إلى فشل الأعضاء. يحتوي الجزء "D" من لقاح DTP على ذوفان الخناق لتحفيز الجسم على تكوين أجسام مضادة معادلة ضد المكون المرتبط بالسموم الخارجية للخناق. بمجرد أن يرتبط الجسم المضاد بالسموم الخارجية ، فإن السم لم يعد قادرًا على الارتباط بالمستقبلات الموجودة على غشاء الخلية المضيفة.

، وتكون قادرة على مطابقة البكتيريا مع وصفها في الامتحان.

  1. السموم الخارجية للكوليرا (الكوليراجين) ، التي تنتجها ضمة الكوليرا (inf). هذا السم الخارجي يحفز ADP-ribosylation لبروتين الخلية المضيفة المسمى Gs الذي يعمل على تشغيل وإيقاف تركيب جزيء منظم التمثيل الغذائي المسمى cyclic AMP (cAMP). في هذه الحالة ، يظل التوليف قيد التشغيل. تعمل المستويات العالية من cAMP على منع الخلايا الظهارية المعوية من امتصاص الصوديوم من تجويف الأمعاء وتحفيزها على إفراز كميات كبيرة من الكلوريد. يتبع الماء والكهارل الأخرى تناضحيًا. يؤدي هذا إلى فقدان السوائل والإسهال والجفاف الشديد. للحصول على فيلم يوضح تأثير السموم الخارجية للكوليرا على الخلايا البشرية ، راجع موقع Theriot Lab على الويب في كلية الطب بجامعة ستانفورد. انقر فوق "ضمة الكوليرا استعمار الخلايا البشرية ".
  2. السموم المعوية. ينتج عدد من البكتيريا سمومًا خارجية ترتبط بخلايا الأمعاء الدقيقة. تحفز معظم هذه السموم ارتباط ADP بالريبوزيل لبروتينات الخلية المضيفة التي تحول تركيب جزيئات منظم التمثيل الغذائي AMP الدوري (cAMP) أو GMP الدوري داخل وخارج الخلايا المخاطية المعوية. تسبب المستويات العالية من cAMP و cGMP فقدان الإلكتروليت والماء مما يؤدي إلى الإسهال. وتشمل الكائنات الحية المنتجة للسموم المعوية المطثية الحاطمة (inf)،و بكتيريا سيريوس العصويه (inf). (كما هو مذكور تحت السموم من النوع الأول ، فإن السموم المعوية لـ المكورات العنقودية الذهبية (inf) والسموم المعوية بكتريا قولونية (inf) تعمل بشكل مختلف ، تعمل كمستضدات عظمى.)
  3. السموم الخارجية للسعال الديكي ، التي تنتجها البورديتيلة السعال الديكي (inf). يحفز السموم الخارجية للسعال الديكي ارتباط ADP بالريبوزيل لبروتين الخلية المضيفة يسمى Gi مما يؤدي إلى مستويات عالية داخل الخلايا من cAMP. هذا يعطل الوظيفة الخلوية. في ظهارة الجهاز التنفسي ، تؤدي المستويات العالية من cAMP إلى زيادة إفرازات الجهاز التنفسي وإنتاج الأغشية المخاطية وتسهم في السعال. في حالة البلعمة ، يقلل cAMP المفرط من أنشطة البلعمة مثل الانجذاب الكيميائي ، والابتلاع ، والقتل. يؤدي السم في الدم إلى زيادة الحساسية للهيستامين. هذا يمكن أن يؤدي إلى زيادة نفاذية الشعيرات الدموية وانخفاض ضغط الدم والصدمة. قد يعمل أيضًا على الخلايا العصبية التي تؤدي إلى اعتلال الدماغ.
  4. الزائفة الزنجارية تنتج مجموعة متنوعة من السموم التي تؤدي إلى تلف الأنسجة في المضيف. تشمل السموم من النوع الثاني ما يلي:
    1. Exotoxin A: يتداخل مع تخليق بروتين الخلية المضيفة عن طريق تحفيز ADP-ribosylation لعامل استطالة الخلية المضيفة 2 (EF-2) ، وهو أمر ضروري لكي يقوم الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) بإدخال أحماض أمينية جديدة في سلسلة البروتين النامية ؛ هو أيضا مناعة.
    2. Exotoxin S: يثبط تخليق بروتين الخلية المضيفة مما يتسبب في تلف الأنسجة ؛ هو مناعة.
  5. توكسين الشيغا ، الذي تنتجه أنواع شيغيلا (inf) ونزيف معوي الإشريكية القولونية (EHEC) مثل بكتريا قولونية O157: H7. هذا السم هو سم أ-ب الذي يشق الرنا الريباسي للخلية المضيفة ويمنع ارتباط الحمض النووي الريبي المشحون وبالتالي يوقف تخليق بروتين الخلية المضيفة. يعزز ذيفان الشيغا أيضًا إطلاق السيتوكينات بوساطة LPS مثل Il-1 و TNF-alpha ويبدو أنه مسؤول عن مضاعفات داء الشيغيلات و بكتريا قولونية عدوى O157: H7 تسمى متلازمة انحلال الدم اليوريمي (HUS) ، ربما عن طريق التسبب في تلف الأوعية الدموية.
  6. سموم الجمرة الخبيثة ، التي تنتجها عصيات الجمرة الخبيثة. في حالة اثنين من السموم الخارجية للجمرة الخبيثة ، يشترك مكونان مختلفان من النوع A المعروفين باسم العامل المميت (LF) وعامل الوذمة (EF) في مكون B مشترك يعرف باسم المستضد الوقائي (PA). يرتبط المستضد الواقي ، المكون B ، أولاً بالمستقبلات الموجودة على الخلايا المضيفة ويتم شق بواسطة البروتياز مما يخلق موقع ارتباط إما للعامل المميت أو عامل الوذمة.
    1. العامل المميت هو بروتياز يثبط كيناز كيناز المنشط بالميتوجين. في المستويات المنخفضة ، يمنع LF إطلاق السيتوكينات المسببة للالتهابات مثل إنترلوكين 1 (IL-1) ، عامل نخر الورم ألفا ، (TNF-alpha) ، و NO. قد يؤدي هذا في البداية إلى تقليل الاستجابات المناعية ضد الكائن الحي وسمومه. ولكن عند المستويات المرتفعة ، يكون LF حالًا للخلايا الضامة ، مما يتسبب في إطلاق مستويات عالية من الإنترلوكين 1 (IL-1) وعامل نخر الورم ألفا (TNF-alpha) و NO. يمكن أن يؤدي الإفراط في إطلاق هذه السيتوكينات إلى استجابة التهابية هائلة وشلال الصدمة ، على غرار الصدمة الإنتانية.
    2. عامل الوذمة هو إنزيم محلقي أدينيلات يولد AMP دوري في الخلايا المضيفة. يضعف البلعمة ، ويمنع إنتاج TNF و interleukin-6 (IL-6) بواسطة الخلايا الوحيدة. هذا على الأرجح يضعف دفاعات المضيف.

، وتكون قادرة على مطابقة البكتيريا مع وصفها في الامتحان.

هناك عدد من السموم الخارجية البكتيرية الأخرى التي تسبب الضرر من خلال التدخل في وظيفة الخلية المضيفة. وهي تشمل ما يلي.

  1. السموم الخارجية النباتية ، التي تنتجها كلوستريديوم البوتولينوم (inf). هذا سم عصبي يعمل بشكل محيطي على الجهاز العصبي اللاإرادي. لتحفيز العضلات ، يجب إطلاق الأسيتيل كولين من اللوحة الطرفية الحركية العصبية للخلايا العصبية عند المشبك بين العصبون والعضلة المراد تحفيزها. ثم يؤدي الأسيتيل كولين إلى تقلص ألياف العضلات. يرتبط السموم الخارجية للتسمم الغذائي بالخلايا العصبية قبل المشبكية ويدخلها ويمنع إطلاقها للأستيل كولين. هذا يسبب شللًا رخوًا ، ضعفًا في العضلات المصابة. عادة ما يكون الموت بسبب فشل الجهاز التنفسي. في حين أن اثنين من السموم الخارجية C. البوتولينوم تحفيز ADP-ribosylation لبروتينات الخلية المضيفة ، والسموم النباتية التي تؤثر على الخلايا العصبية لا تفعل ذلك. نظرًا لأن التوكسين الوشيقي قادر على التسبب في ضعف العضلات ، فإنه يتم استخدامه الآن علاجيًا لعلاج بعض الاضطرابات العصبية مثل خلل التوتر العضلي والارتباك التي تؤدي إلى تقلصات عضلية غير طبيعية ومستمرة ، بالإضافة إلى علاج لإزالة خطوط الوجه.
  1. السموم الخارجية للكزاز (التيتانوسبازمين) ، التي تنتجها كلوستريديوم الكزازية (inf). هذا هو السم العصبي الذي يرتبط بالأعصاب الداخلية المثبطة للحبل الشوكي ويمنع إطلاقها لجزيئات المثبط. هذه الجزيئات المثبطة من الخلايا العصبية الداخلية المثبطة هي التي تسمح في النهاية للعضلات المتقلصة بالاسترخاء عن طريق منع الخلايا العصبية المثيرة من إطلاق الأسيتيل كولين المسؤول عن تقلص العضلات. يحافظ السم ، عن طريق منع إطلاق المثبطات ، على العضلات المصابة في حالة تقلص ويؤدي إلى الشلل التشنجي ، وهي حالة تنقبض فيها عضلات المثنية والعضلات الباسطة في وقت واحد. يحتوي الجزء "T" من لقاح DTP على ذوفان الكزاز لتحفيز الجسم على تكوين أجسام مضادة معادلة ضد المكون المرتبط بالسموم الخارجية للخناق. بمجرد أن يرتبط الجسم المضاد بالسموم الخارجية ، فإن السم لم يعد قادرًا على الارتباط بالمستقبلات الموجودة على غشاء الخلية المضيفة.
  1. بروتين منشط للعدلات ، ينتج عن طريق هيليكوباكتر بيلوري (inf). يعزز البروتين المنشط للعدلات التصاق العدلات البشرية بالخلايا البطانية وإنتاج جذور الأكسجين التفاعلية. يتسبب السم في حدوث التهاب معتدل يعزز جرثومة المعدة النمو عن طريق إطلاق عوامل المغذيات من الأنسجة الملتهبة.

اشرح آلية المناعة التكيفية التي من خلالها يمنح هذا التحصين الحماية.

ملخص

السموم من النوع الثالث الكلاسيكية هي سموم A-B التي تتكون من جزأين: "A" أو مكون نشط يعطل إنزيميًا بعض بروتينات الخلية المضيفة أو مسار الإشارة للتداخل مع وظيفة الخلية المضيفة ؛ و "B" أو مكون ربط يربط السموم الخارجية بجزيء المستقبل على سطح غشاء الخلية المضيفة ويحدد نوع الخلية المضيفة التي يمكن أن يؤثر السم عليها.

وتشمل الأمثلة السموم الخارجية للخناق التي تنتجها الوتدية الخناق ، والذيفان الخارجي للكوليرا الذي تنتجه ضمة الكوليرا ، وبعض السموم المعوية التي تسبب فقدان الإلكتروليتات والمياه مما يؤدي إلى الإسهال ، والسعال الديكي الذي ينتج عن البورديتيلا السعال الديكي ، وتوكسين الشيغا ، الذي تنتجه أنواع الشيغوريك المعوية. coli (EHEC) ، وسموم الجمرة الخبيثة التي تنتجها عصيات الجمرة الخبيثة ، والذيفان الخارجي للكزاز من Clostridium tetani ، والسموم الخارجية للتسمم الغذائي من Clostridium botulinum.

أسئلة

ادرس المادة في هذا القسم ثم اكتب الإجابات على هذه الأسئلة. لا تضغط فقط على الإجابات وتكتبها. هذا لن يختبر فهمك لهذا البرنامج التعليمي.

  1. اذكر وظائف المكون A والمكون B في سموم A-B. (الجواب).
  2. تطابق الأوصاف التالية مع السموم الخارجية:

    _____ تنتجها سلالات معينة من الإشريكية القولونية مثل هـ- تقتل هذه السموم الخلايا الظهارية المعوية في القولون وتسبب الإسهال الدموي. وفي حالات أقل شيوعًا ، تدخل السموم إلى الدم وتنتقل إلى الكلى حيث تتسبب في تلف الخلايا البطانية للأوعية الدموية وتسبب متلازمة انحلال الدم الانحلالي (HUS). (الجواب)

    _____ التي تنتجها أنواع المطثية. يرتبط هذا السم بالخلايا العصبية قبل المشبكية ويدخلها ويمنع إطلاقها للأستيل كولين. هذا يسبب شللًا رخوًا ، ضعفًا في العضلات المصابة. هذا هو السم العصبي الذي يرتبط بالأعصاب الداخلية المثبطة للنخاع الشوكي ويمنع إطلاقها للجزيئات المثبطة. يحافظ السم ، عن طريق منع إفراز المثبطات ، على العضلات المعنية في حالة تقلص ويؤدي إلى الشلل التشنجي ، وهي حالة معارضة. تنقبض العضلات المثنية والباسطة في نفس الوقت. (الجواب)

    _____ عند المستويات المنخفضة ، يمنع هذا السم إطلاق السيتوكينات المسببة للالتهاب مثل إنترلوكين -1 (IL-1) ، عامل نخر الورم ألفا ، (TNF-alpha) ، و NO. ولكن عند المستويات المرتفعة ، فهو حال خلوي للبلاعم ، مما يتسبب في إطلاق مستويات عالية من إنترلوكين 1 (IL-1) ، وعامل نخر الورم ألفا (TNF-alpha) ، و NO. يمكن أن يؤدي الإفراط في إطلاق هذه السيتوكينات إلى استجابة التهابية هائلة وشلال الصدمة ، على غرار الصدمة الإنتانية. (الجواب)

    1. السموم الخارجية للخناق
    2. السموم الخارجية للكوليرا
    3. السموم المعوية
    4. السموم الخارجية للسعال الديكي
    5. توكسين الشيغا
    6. سم الجمرة الخبيثة القاتلة
    7. السموم الخارجية للتسمم الغذائي
    8. السموم الخارجية للكزاز
  3. متعدد الخيارات (الجواب)

يمنع السم بين البكتيريا نمو الخلايا المستهدفة عن طريق تصنيع (p) ppApp

طورت البكتيريا آليات متطورة لمنع نمو المنافسين 1. تتضمن إحدى هذه الآليات أنظمة إفراز من النوع السادس ، والتي يمكن للبكتيريا استخدامها لحقن السموم المضادة للبكتيريا مباشرة في الخلايا المجاورة. تستهدف العديد من هذه السموم سلامة غلاف الخلية ، لكن النطاق الكامل لآليات تثبيط النمو لا يزال غير معروف 2. هنا نحدد مستجيب إفراز من النوع السادس ، Tas1 ، في الممرض الانتهازي Pseudomonas aeruginosa. يُظهر التركيب البلوري لـ Tas1 أنه يشبه الإنزيمات التي تصنع (p) ppGpp ، وهو جزيء إشارة محفوظ على نطاق واسع في البكتيريا الذي يعدل معدل نمو الخلايا ، لا سيما استجابة للإجهاد الغذائي 3. ومع ذلك ، لا يقوم Tas1 بتجميع (p) ppGpp بدلاً من ذلك ، بل يقوم بيروفوسفوريلاتس نيوكليوتيدات الأدينوزين بإنتاج (p) ppApp بمعدلات تقارب 180.000 جزيء في الدقيقة. وبالتالي ، يؤدي توصيل Tas1 إلى الخلايا المنافسة إلى التراكم السريع لـ (p) ppApp ، ونضوب ATP ، وعدم تنظيم مسارات التمثيل الغذائي الأساسية على نطاق واسع ، مما يؤدي إلى موت الخلية المستهدفة. تكشف النتائج التي توصلنا إليها عن آلية غير موصوفة سابقًا للعداء بين البكتيريا وتوضح دورًا فسيولوجيًا للمستقلب (p) ppApp في البكتيريا.

الأرقام

البيانات الموسعة الشكل 1 |. متماثلات ...

البيانات الموسعة الشكل 1 |. يتم إثراء متماثلات PA14_01140 و Tse6 في P. الزنجارية ...

البيانات الموسعة الشكل 2 |. توصيف ...

البيانات الموسعة الشكل 2 |. توصيف PA14_01140-PA14_01130- tsi6 كتلة الجينات.

البيانات الموسعة الشكل 3 |. PA14_01140 سموم ...

البيانات الموسعة الشكل 3 |. PA14_01140 سم يمتلك تماثلًا بعيدًا لتركيبات ppGpp المميزة (p).

البيانات الموسعة الشكل 4 |. المحطة C ...

البيانات الموسعة الشكل 4 |. المجال الطرفي C لـ PA14_01140 (PA14_01140 سم ) سامة ...

البيانات الموسعة الشكل 5 |. التفاعل مع…

البيانات الموسعة الشكل 5 |. يؤدي التفاعل مع PA14_01130 إلى تشويه موقع متقبل النوكليوتيدات المتوقع لـ ...

البيانات الموسعة الشكل 6 |. بيروفوسفوريلات Tas1 ...

البيانات الموسعة الشكل 6 |. بيروفوسفوريلات Tas1 مجموعة هيدروكسيل 3 من نيوكليوتيدات الأدينوزين.

البيانات الموسعة الشكل 7 |. تنقية Tas1 ...

البيانات الموسعة الشكل 7 |. تنقية Tas1 سم يمكن استخدام pppApp كمانح بيروفوسفات ...

البيانات الموسعة الشكل 8 |. Tas1 سموم ...

البيانات الموسعة الشكل 8 |. Tas1 سم الإفراط في التعبير بكتريا قولونية يؤدي إلى (p) (p) pApp تراكم ...

البيانات الموسعة الشكل 9 |. مساء الخير ...

البيانات الموسعة الشكل 9 |. PMf فك اقتران حامل الأيون CCCP ولكن ليس مجال ppGpp-hydrolase ...

البيانات الموسعة الشكل 10 |. (ع) روابط ppApp ...

البيانات الموسعة الشكل 10 |. (ع) يرتبط ppApp بـ PurF ويمنعه بطريقة مماثلة ...

الشكل 1 |. حصانة مؤثرة فريدة من نوعها لـ T6SS ...

الشكل 1 |. يتم ترميز زوج فريد من نوعه T6SS ضد المناعة داخل H1-T6SS ص ...

الشكل 2 |. Tas1 سم يتبنى ...

الشكل 2 |. Tas1 سم يتبنى طية RelA-SpoT Homolog (RSH) الموجودة في الإنزيمات التي ...

الشكل 3 |. تسمم Tas1 يستنفد الخلوية ...

الشكل 3 |. يستنفد تسمم Tas1 ADP و ATP الخلويين مما يؤدي إلى خلل في التنظيم المركزي ...

الشكل 4 |. (ع) يتفاعل ppApp مع PurF ...

الشكل 4 |. (ع) يتفاعل ppApp مع PurF ويمنع التخليق الحيوي للبيورين الجديد.


محتويات

تمت صياغة مصطلح نظام الإفراز من النوع الثالث في عام 1993. [1] يتميز نظام الإفراز هذا عن خمسة أنظمة إفراز أخرى على الأقل موجودة في البكتيريا سالبة الجرام. تمتلك العديد من البكتيريا المرتبطة بالحيوانات والنباتات T3SSs مماثلة. تتشابه T3SSs هذه نتيجة للتطور المتباين ويدعم التحليل الوراثي نموذجًا يمكن للبكتيريا سالبة الجرام أن تنقل كاسيت الجينات T3SS أفقيًا إلى الأنواع الأخرى. أكثر T3SSs بحثًا هي من أنواع شيغيلا (يسبب الزحار العصوي) ، السالمونيلا (حمى التيفود)، الإشريكية القولونية (نباتات الأمعاء ، بعض السلالات تسبب التسمم الغذائي) ، فيبريو (التهاب المعدة والأمعاء والإسهال) ، بوركولديريا (الرعام) ، يرسينيا (طاعون)، الكلاميديا (الأمراض المنقولة جنسيا)، الزائفة (تصيب البشر والحيوانات والنباتات) ومسببات الأمراض النباتية اروينيا, رالستونيا و زانثوموناس، والنبات المتعايش ريزوبيوم.

يتكون T3SS من حوالي 30 بروتينًا مختلفًا ، مما يجعله أحد أكثر أنظمة الإفراز تعقيدًا. يُظهر هيكلها العديد من أوجه التشابه مع الأسواط البكتيرية (الهياكل الطويلة والصلبة خارج الخلية المستخدمة في الحركة). تشترك بعض البروتينات المشاركة في T3SS في تجانس تسلسل الأحماض الأمينية مع البروتينات السوطية. بعض البكتيريا التي تمتلك T3SS لها أسواط أيضًا وهي متحركة (السالمونيلا، على سبيل المثال) ، والبعض الآخر لا (شيغيلا، على سبيل المثال). من الناحية الفنية ، يستخدم إفراز النوع الثالث لإفراز البروتينات المرتبطة بالعدوى والمكونات السوطية. ومع ذلك ، فإن مصطلح "النوع الثالث إفراز" يستخدم بشكل رئيسي فيما يتعلق بجهاز العدوى. يشترك السوط البكتيري في سلف مشترك مع نظام إفراز النوع الثالث. [2] [3]

تعتبر T3SSs ضرورية للإمراضية (القدرة على إصابة) العديد من البكتيريا المسببة للأمراض. قد تجعل العيوب في T3SS البكتيريا غير ممرضة. لقد تم اقتراح أن بعض السلالات غير الغازية من البكتيريا سالبة الجرام فقدت T3SS لأن النظام المكلف بالطاقة لم يعد مفيدًا. [4] على الرغم من أن المضادات الحيوية التقليدية كانت فعالة ضد هذه البكتيريا في الماضي ، إلا أن السلالات المقاومة للمضادات الحيوية تظهر باستمرار.أصبح فهم طريقة عمل T3SS وتطوير الأدوية التي تستهدفه على وجه التحديد هدفًا مهمًا للعديد من المجموعات البحثية حول العالم منذ أواخر التسعينيات.

السمة المميزة لـ T3SS هي الإبرة [5] [6] (بشكل عام ، يكون مجمع الإبرة (نورث كارولاينا) أو ال جهاز T3SS (T3SA) وتسمى أيضا حقنة عندما يتم استبعاد ATPase انظر أدناه). تمر البروتينات البكتيرية التي يجب إفرازها من السيتوبلازم البكتيري عبر الإبرة مباشرة إلى السيتوبلازم المضيف. ثلاثة أغشية تفصل بين السيتوبلازم: الغشاء المزدوج (الأغشية الداخلية والخارجية) للبكتيريا سالبة الجرام والغشاء حقيقيات النواة. توفر الإبرة ممرًا سلسًا عبر تلك الأغشية شديدة الانتقائية وغير منفذة تقريبًا. يمكن أن تحتوي بكتيريا واحدة على عدة مئات من مجمعات الإبر المنتشرة عبر غشاءها. تم اقتراح أن مجمع الإبرة هو سمة عالمية لجميع T3SSs من البكتيريا المسببة للأمراض. [7]

يبدأ مجمع الإبرة عند سيتوبلازم البكتيريا ، ويعبر الغشاءين ويبرز من الخلية. الجزء المثبت في الغشاء هو يتمركز (أو جسم أساسي) من T3SS. الجزء خارج الخلية هو الإبرة. ما يسمى ب قضيب داخلي يربط الإبرة بالقاعدة. الإبرة نفسها ، على الرغم من أن الجزء الأكبر والأبرز من T3SS ، مصنوع من عدة وحدات من بروتين واحد. وبالتالي فإن غالبية بروتينات T3SS المختلفة هي تلك التي تبني القاعدة وتلك التي يتم إفرازها في المضيف. كما ذكر أعلاه ، فإن مجمع الإبرة يتشابه مع الأسواط البكتيرية. وبشكل أكثر تحديدًا ، فإن قاعدة مجمع الإبرة من الناحية الهيكلية تشبه إلى حد بعيد القاعدة السوطية ، والإبرة نفسها تشبه الخطاف السوطي ، وهو هيكل يربط القاعدة بالخيط السوطي. [8] [9]

تتكون القاعدة من عدة حلقات دائرية وهي أول هيكل مبني في مجمع إبرة جديد. بمجرد اكتمال القاعدة ، تعمل كآلة إفراز للبروتينات الخارجية (الإبرة). بمجرد اكتمال المجمع بأكمله ، يتحول النظام إلى إفراز البروتينات التي من المفترض أن يتم تسليمها إلى الخلايا المضيفة. يُفترض أن تكون الإبرة مبنية من وحدات سفلية إلى أعلى من كومة بروتين مونومر الإبرة فوق بعضها البعض ، بحيث تكون الوحدة الموجودة في طرف الإبرة هي آخر وحدة مضافة. تعد الوحدة الفرعية للإبرة واحدة من أصغر بروتينات T3SS ، حيث يبلغ قياسها حوالي 9 كيلو دالتون. تتكون كل إبرة من 100 إلى 150 وحدة فرعية.

يبلغ طول إبرة T3SS حوالي 60-80 نانومتر و 8 نانومتر في العرض الخارجي. يجب أن يكون لها حد أدنى من الطول حتى لا تتداخل الهياكل البكتيرية الأخرى خارج الخلية (المواد اللاصقة وطبقة عديدات السكاريد الدهنية ، على سبيل المثال) مع الإفراز. يبلغ قطر فتحة الإبرة 3 نانومتر. معظم بروتينات المستجيب المطوية أكبر من أن تمر عبر فتحة الإبرة ، لذلك يجب أن تمر معظم البروتينات المفرزة عبر الإبرة غير المطوية ، وهي مهمة يقوم بها ATPase في قاعدة الهيكل. [10]

يمكن تصنيف بروتينات T3SS في ثلاث فئات:

  • البروتينات الهيكلية: بناء القاعدة والقضيب الداخلي والإبرة.
  • بروتينات المستجيب: يتم إفرازه في الخلية المضيفة وتعزيز العدوى / قمع دفاعات الخلايا المضيفة.
  • الوصيفات: ربط المؤثرات في السيتوبلازم البكتيري ، وحمايتها من التراكم والتدهور وتوجيهها نحو مجمع الإبرة.

يتم وضع معظم جينات T3SS في عمليات التشغيل. توجد هذه العوامل على الكروموسوم البكتيري في بعض الأنواع وعلى بلازميد مخصص في الأنواع الأخرى. السالمونيلا، على سبيل المثال ، لديها منطقة صبغية يتم فيها تجميع معظم جينات T3SS ، ما يسمى السالمونيلا جزيرة الإمراضية (SPI). شيغيلا، من ناحية أخرى ، يحتوي على بلازميد فوعة كبير تتواجد عليه جميع جينات T3SS. من المهم ملاحظة أن العديد من الجزر والبلازميدات المسببة للأمراض تحتوي على عناصر تسمح بنقل الجينات الأفقي المتكرر للجزيرة / البلازميد إلى نوع جديد.

يجب أن يتعرف النظام على بروتينات المستجيب التي يتم إفرازها من خلال الإبرة ، لأنها تطفو في السيتوبلازم مع آلاف البروتينات الأخرى. يتم الاعتراف من خلال أ إشارة إفراز—تسلسل قصير من الأحماض الأمينية يقع في بداية (الطرف N) للبروتين (عادة ضمن أول 20 حمضًا أمينيًا) ، يستطيع مجمع الإبرة التعرف عليه. على عكس أنظمة الإفراز الأخرى ، فإن إشارة إفراز بروتينات T3SS لا تنفصل أبدًا عن البروتين.

يؤدي ملامسة الإبرة مع خلية مضيفة إلى تشغيل T3SS لبدء الإفراز [11] ولا يُعرف الكثير عن آلية الزناد هذه (انظر أدناه). يمكن أيضًا تحفيز الإفراز عن طريق خفض تركيز أيونات الكالسيوم في وسط النمو (لـ يرسينيا و الزائفة يتم ذلك عن طريق إضافة مخلّب مثل EDTA أو EGTA) وإضافة الصبغة العطرية ذات اللون الأحمر الكونغولي إلى وسط النمو (من أجل شيغيلا)، على سبيل المثال. تستخدم هذه الطرق وغيرها في المختبرات للحث بشكل مصطنع على إفراز النوع الثالث.

يحدث أيضًا تحريض الإفراز عن طريق إشارات خارجية بخلاف الاتصال بالخلايا المضيفة في الجسم الحي، في الكائنات الحية المصابة. تستشعر البكتيريا إشارات مثل درجة الحرارة ودرجة الحموضة والأسمولية ومستويات الأكسجين ، وتستخدمها "لتقرر" ما إذا كانت ستنشط T3SS. على سبيل المثال، السالمونيلا يمكن أن تتكاثر وتغزو بشكل أفضل في الدقاق بدلاً من أعور الأمعاء الحيوانية. يمكن للبكتيريا معرفة مكانها بفضل الأيونات المختلفة الموجودة في هذه المناطق ، حيث يحتوي الدقاق على الفورمات والأسيتات ، بينما لا يحتوي الأعور على ذلك. تستشعر البكتيريا هذه الجزيئات وتحدد أنها موجودة في الدقاق وتنشط آلية إفرازها. توفر الجزيئات الموجودة في الأعور ، مثل البروبيونات والزبدة ، إشارة سلبية للبكتيريا وتمنع الإفراز. الكوليسترول ، وهو دهون موجود في أغشية الخلايا حقيقية النواة ، قادر على إحداث إفراز في شيغيلا.

الإشارات الخارجية المذكورة أعلاه تنظم الإفراز مباشرة أو من خلال آلية وراثية. العديد من عوامل النسخ التي تنظم التعبير عن جينات T3SS معروفة. تعمل بعض المرافق التي تربط مؤثرات T3SS أيضًا كعوامل نسخ. تم اقتراح آلية تغذية راجعة: عندما لا تفرز البكتيريا ، ترتبط بروتيناتها المستجيبة بالمرافقين وتطفو في السيتوبلازم. عندما يبدأ الإفراز ، تنفصل المرافقون عن المستجيبات وتُفرز الأخيرة وتترك الخلية. تعمل المرافقون المنفردة بعد ذلك كعوامل نسخ ، وترتبط بالجينات التي تشفر مؤثراتها وتحفز نسخها وبالتالي إنتاج المزيد من المؤثرات.

تم اقتراح هياكل مشابهة لحقن Type3SS لبرشام الأغشية الخارجية والداخلية البكتيرية سالبة الجرام للمساعدة في إطلاق حويصلات الغشاء الخارجية التي تستهدف توصيل إفرازات بكتيرية إلى مضيف حقيقيات النوى أو الخلايا المستهدفة الأخرى في الجسم الحي. [12]

تدخل مستجيبات T3SS إلى مجمع الإبرة في القاعدة وتشق طريقها داخل الإبرة باتجاه الخلية المضيفة. الطريقة الدقيقة التي تدخل بها المستجيبات إلى المضيف غير معروفة في الغالب. وقد سبق أن اقترح أن الإبرة نفسها قادرة على إحداث ثقب في غشاء الخلية المضيفة ، وقد تم دحض هذه النظرية. من الواضح الآن أن بعض المؤثرات تسمى مجتمعة مترجمين، يتم إفرازها أولاً وتنتج مسامًا أو قناة (أ مترجم) في غشاء الخلية المضيفة ، والذي من خلاله قد تدخل المؤثرات الأخرى. البكتيريا المتحولة التي تفتقر إلى المترجمين قادرة على إفراز البروتينات ولكنها غير قادرة على إيصالها إلى الخلايا المضيفة. بشكل عام ، يتضمن كل T3SS ثلاثة مترجمين. يلعب بعض المترجمين دورًا مزدوجًا بعد مشاركتهم في تكوين المسام يدخلون الخلية ويتصرفون حسن النية المستجيبين.

تتعامل مؤثرات T3SS مع الخلايا المضيفة بعدة طرق. التأثير الأكثر لفتا للنظر هو تعزيز امتصاص الخلية المضيفة للبكتيريا. يجب أن تدخل العديد من البكتيريا التي تمتلك T3SSs الخلايا المضيفة من أجل تكرار العدوى وانتشارها. تحث المؤثرات التي يتم حقنها في الخلية المضيفة العائل على ابتلاع البكتيريا و "أكلها" عمليًا. من أجل أن يحدث هذا ، تتلاعب المؤثرات البكتيرية بآلية بلمرة الأكتين للخلية المضيفة. الأكتين هو أحد مكونات الهيكل الخلوي ويشارك أيضًا في الحركة والتغيرات في شكل الخلية. من خلال مؤثرات T3SS ، تستطيع البكتيريا استخدام آلية الخلية المضيفة لمصلحتها الخاصة. بمجرد دخول البكتيريا إلى الخلية ، تصبح قادرة على إفراز المؤثرات الأخرى بسهولة أكبر ويمكنها اختراق الخلايا المجاورة وإصابة الأنسجة بأكملها بسرعة.

لقد ثبت أيضًا أن مؤثرات T3SS تتلاعب بدورة خلية المضيف وبعضها قادر على إحداث موت الخلايا المبرمج. أحد أكثر مؤثرات T3SS بحثًا هو IpaB من عند شيغيلا فلكسنري. إنه يؤدي دورًا مزدوجًا ، سواءً كمترجم ، مما يخلق مسامًا في غشاء الخلية المضيفة ، وكمستجيب ، يمارس تأثيرات ضارة متعددة على الخلية المضيفة. لقد تم إثبات أن IpaB يحرض موت الخلايا المبرمج في الخلايا الضامة - خلايا الجهاز المناعي للحيوان - بعد أن تبتلعها. [13] وقد تبين لاحقًا أن IpaB يحقق ذلك من خلال التفاعل مع caspase 1 ، وهو بروتين تنظيمي رئيسي في الخلايا حقيقية النواة. [14]

فئة أخرى تتميز جيدًا من مؤثرات T3SS هي مؤثرات تشبه النسخ المنشط (مؤثرات TAL) من Xanthomonas. عند حقنها في النباتات ، يمكن لهذه البروتينات أن تدخل نواة الخلية النباتية ، وتربط تسلسل محفز النبات ، وتنشط نسخ الجينات النباتية التي تساعد في العدوى البكتيرية. [15] تم مؤخرًا إثبات أن التعرف على الحمض النووي للمستجيب TAL يشتمل على رمز بسيط [16] [17] وقد أدى ذلك إلى تحسين فهم كيفية تغيير هذه البروتينات في نسخ الجينات في الخلايا النباتية المضيفة.

تم نشر مئات المقالات حول T3SS منذ منتصف التسعينيات. ومع ذلك ، لا تزال العديد من المشكلات المتعلقة بالنظام دون حل:

  • بروتينات T3SS. من بين ما يقرب من 30 بروتينًا T3SS ، تم اكتشاف أقل من 10 بروتينات في كل كائن حي مباشرةً باستخدام الطرق البيوكيميائية. الباقي ، ربما يكون نادرًا ، أثبت أنه من الصعب اكتشافه ولا يزال نظريًا (على الرغم من إجراء دراسات وراثية بدلاً من الدراسات البيوكيميائية على العديد من جينات / بروتينات T3SS). كما أن توطين كل بروتين غير معروف تمامًا.
  • طول الإبرة. من غير المعروف كيف "تعرف" البكتيريا متى وصلت إبرة جديدة إلى طولها المناسب. توجد العديد من النظريات ، من بينها وجود "بروتين مسطرة" يربط بطريقة أو بأخرى رأس الإبرة وقاعدة الإبرة. يجب أن تؤدي إضافة مونومرات جديدة إلى طرف الإبرة إلى شد بروتين المسطرة وبالتالي الإشارة إلى طول الإبرة إلى القاعدة.
  • علم الطاقة. القوة التي تحرك مرور البروتينات داخل الإبرة غير معروفة تمامًا. يرتبط ATPase بقاعدة T3SS ويشارك في توجيه البروتينات إلى الإبرة ولكن ليس من الواضح ما إذا كانت توفر الطاقة للنقل.
  • إشارة إفراز. كما ذكر أعلاه ، فإن وجود إشارة إفراز في البروتينات المستجيب معروف. تسمح الإشارة للنظام بتمييز البروتينات المنقولة T3SS عن أي بروتين آخر. إن طبيعتها ومتطلباتها وآلية التعرف عليها غير مفهومة جيدًا ، ولكن تم مؤخرًا تطوير طرق للتنبؤ بالبروتينات البكتيرية التي يمكن نقلها بواسطة نظام الإفراز من النوع الثالث. [19]
  • تفعيل الإفراز. يجب أن تعرف البكتيريا متى يحين الوقت لإفراز المؤثرات. يؤدي الإفراز غير الضروري ، عند عدم وجود خلية مضيفة في الجوار ، إلى إهدار البكتيريا من حيث الطاقة والموارد. البكتيريا قادرة بطريقة ما على التعرف على اتصال الإبرة بالخلية المضيفة. لا تزال كيفية القيام بذلك قيد البحث ، وقد تعتمد الطريقة على العامل الممرض. تفترض بعض النظريات حدوث تغيير توافقي دقيق في بنية الإبرة عند الاتصال بالخلية المضيفة ، ربما يكون هذا التغيير بمثابة إشارة للقاعدة لبدء الإفراز. تم اكتشاف طريقة واحدة للتعرف في السالمونيلا، والذي يعتمد على استشعار الأس الهيدروجيني الخلوي للخلايا المضيفة من خلال T3SS المشفر بجزيرة الإمراض 2 من أجل التبديل على إفراز المستجيبات. [20]
  • تجليد المرافقين. من غير المعروف متى تربط المرافقون مؤثراتها (سواء أثناء الترجمة أو بعدها) وكيف تنفصل عن مؤثراتها قبل الإفراز.
  • آليات المستجيب. على الرغم من أنه تم الكشف عن الكثير منذ بداية القرن الحادي والعشرين حول الطرق التي تتعامل بها مؤثرات T3SS مع المضيف ، إلا أن غالبية التأثيرات والمسارات لا تزال غير معروفة.
  • تطور. كما ذكرنا ، يرتبط T3SS ارتباطًا وثيقًا بالسوط البكتيري. [21] هناك ثلاث فرضيات متنافسة: [22] أولاً ، أن السوط تطور أولاً وأن T3SS مشتق من هذا الهيكل ، وثانيًا ، أن T3SS نشأ أولاً واشتُق الجلد منه ، وثالثًا ، أن الهيكلين مشتقة من سلف مشترك. كان هناك بعض الجدل حول السيناريوهات المختلفة ، [2] [22] لأنها تشرح جميعًا تماثل البروتين بين الهيكلين ، بالإضافة إلى تنوعها الوظيفي. [23] ومع ذلك ، تفضل الأدلة التطورية الحديثة الفرضية القائلة بأن T3SS مشتق من السوط من خلال عملية تنطوي على فقدان الجينات الأولي ثم اكتساب الجينات. [24] كانت الخطوة الرئيسية للعملية الأخيرة هي تجنيد السيكرتينات في T3SS ، وهو حدث وقع ثلاث مرات على الأقل من أنظمة أخرى مرتبطة بالغشاء.

منذ بداية التسعينيات ، تم العثور على بروتينات T3SS جديدة في أنواع بكتيرية مختلفة بمعدل ثابت. تم إعطاء الاختصارات بشكل مستقل لكل سلسلة من البروتينات في كل كائن حي ، وعادة لا تكشف الأسماء الكثير عن وظيفة البروتين. بعض البروتينات التي تم اكتشافها بشكل مستقل في بكتيريا مختلفة تبين لاحقًا أنها متماثلة للأسماء التاريخية ، ومع ذلك ، فقد تم الاحتفاظ بها في الغالب ، وهي حقيقة قد تسبب الارتباك. على سبيل المثال ، البروتينات SicA و IpgC و SycD هي متجانسات من السالمونيلا, شيغيلا و يرسينيا، على التوالي ، ولكن الحرف الأخير ("الرقم التسلسلي") في اسمه لا يظهر ذلك.

يوجد أدناه ملخص لأسماء سلاسل البروتين الأكثر شيوعًا في العديد من الأنواع المحتوية على T3SS. لاحظ أن هذه الأسماء تشمل البروتينات التي تشكل آلية T3SS بالإضافة إلى بروتينات المستجيب المفرز:

  • يرسينيا
    • نعم: يرسينيا البروتين الخارجي
    • يس: يرسينيا إفراز (مكون)
    • Ypk: يرسينيا بروتين كينيز
    • منتجع صحي: عرض سطح مستضد
    • كذا: السالمونيلا وصي الغزو
    • رشفة: السالمونيلا بروتين الغزو
    • Prg: جين مكبوت PhoP
    • Inv: الغزو
    • منظمة: الجين المنظم للأكسجين
    • Ssp: السالمونيلا- بروتين مفرز
    • ياغ: الجين المرتبط بالغزو
    • Ipg: غزو الجين البلازميد
    • ابا: غزو مستضد البلازميد
    • مكسي: التعبير الغشائي لـ Ipa
    • منتجع صحي: عرض سطح مستضد
    • Osp: خارجي شيغيلا بروتين
    • تير: مستقبلات إنتيمين منقولة
    • سبتمبر: إفراز بكتريا قولونية البروتينات
    • خروج: الإشريكية إفراز (مكون)
    • إسب: الإشريكية بروتين إفراز
    • سيس: وصيفة بكتريا قولونية إفراز
    • HRP: الحساسية المفرطة والاستجابة المرضية
    • الموارد البشرية: تم حفظ الاستجابة شديدة الحساسية (أو تم حفظ Hrp)
    • لا: بروتين الإيماء
    • Rhc: ريزوبيوم محفوظ
    • فير: خبث

    يتبع تلك الاختصارات حرف أو رقم. تشير الحروف عادة إلى "الرقم التسلسلي" ، إما الترتيب الزمني للاكتشاف أو الترتيب المادي لظهور الجين في أوبرون. الأرقام ، الحالة النادرة ، تدل على الوزن الجزيئي للبروتين بالكيلو دالتون. أمثلة: IpaA و IpaB و IpaC MxiH و MxiG و MxiM Spa9 و Spa47.

    تظهر العديد من العناصر الرئيسية في جميع T3SSs: مونومر الإبرة ، والقضيب الداخلي للإبرة ، وبروتينات الحلقة ، والمترجمين ، وبروتين طرف الإبرة ، وبروتين المسطرة (الذي يُعتقد أنه يحدد طول الإبرة انظر أعلاه) و ATPase ، الذي يوفر الطاقة للإفراز. يوضح الجدول التالي بعض هذه البروتينات الرئيسية في أربعة بكتيريا تحتوي على T3SS:

    ↓ الوظيفة / الجنس → شيغيلا السالمونيلا يرسينيا الإشريكية
    مونومر الإبرة مكسي PrgI YscF EscF
    قضيب داخلي مكسي PrgJ YscI EscI
    بروتين طرف الإبرة اى باد SipD LcrV إسبا
    مترجم IpaB SipB يوب إسبد
    مترجم IpaC SipC YopD إسبب
    وصيفة للمترجمين IpgC سيكا SycD CesD
    ATPase سبا 47 InvC YscN SepB (EscN)
    بروتين المسطرة سبا 32 InvJ YscP Orf16
    يحول سبا 40 سبا YscU EscU
    حارس البوابة مكسيك InvE YopN (TyeA) سيبل

    عزل مجمعات إبرة T3SS تحرير

    شكّل عزل الهياكل الغشائية الكبيرة ، الهشة ، الكارهة للماء عن الخلايا تحديًا لسنوات عديدة. بحلول نهاية التسعينيات ، ومع ذلك ، تم تطوير العديد من الأساليب لعزل T3SS NCs. في عام 1998 تم عزل أول NCS من السالمونيلا تيفيموريوم. [26]

    للعزل ، تزرع البكتيريا في حجم كبير من وسط نمو السائل حتى تصل إلى مرحلة السجل. ثم يتم طردهم بالطرد المركزي ، يتم التخلص من المادة الطافية (الوسط) ويتم تعليق الحبيبات (البكتيريا) في محلول تحلل يحتوي عادةً على الليزوزيم وأحيانًا منظف مثل LDAO أو Triton X-100. هذا المخزن يتفكك جدار الخلية. بعد عدة جولات من التحلل والغسيل ، تخضع البكتيريا المفتوحة لسلسلة من عمليات التنبيذ الفائق. يُثري هذا العلاج الهياكل الجزيئية الكبيرة ويتجاهل مكونات الخلايا الأصغر. اختياريًا ، تخضع المحللة النهائية لمزيد من التنقية بواسطة تدرج كثافة CsCl.

    نهج إضافي لمزيد من التنقية يستخدم اللوني التقارب. يتم إنتاج بروتينات T3SS المؤتلفة التي تحمل علامة بروتينية (علامة هيستيدين ، على سبيل المثال) عن طريق الاستنساخ الجزيئي ثم إدخالها (تحويلها) في البكتيريا محل البحث. بعد عزل NC الأولي ، كما هو موضح أعلاه ، يتم تمرير المحللة عبر عمود مغطى بجزيئات ذات صلة عالية بالعلامة (في حالة علامات الهيستدين: أيونات النيكل). يتم الاحتفاظ بالبروتين الموسوم في العمود ومعه مجمع الإبرة بأكمله. يمكن تحقيق درجات عالية من النقاء باستخدام هذه الأساليب. هذا النقاء ضروري للعديد من الاختبارات الدقيقة التي تم استخدامها لتوصيف NC.

    كانت المؤثرات من النوع الثالث معروفة منذ بداية التسعينيات ، لكن الطريقة التي يتم بها توصيلها إلى الخلايا المضيفة كانت لغزًا محيرًا. أدى التناظر بين العديد من بروتينات السوط والبروتينات T3SS الباحثين إلى الاشتباه في وجود هيكل T3SS خارجي مشابه للسوط. مكّن تحديد بنية الإبرة وعزلها لاحقًا الباحثين من:

    • قم بتمييز البنية ثلاثية الأبعاد لـ NC بالتفصيل ، ومن خلال ذلك استخلاص استنتاجات بشأن آلية الإفراز (على سبيل المثال ، أن العرض الضيق للإبرة يتطلب كشف المؤثرات قبل الإفراز) ،
    • تحليل مكونات البروتين في NC ، وذلك عن طريق إخضاع الإبر المعزولة للتحليل البروتيني (انظر أدناه) ،
    • قم بتعيين أدوار لمكونات NC المختلفة ، وذلك عن طريق التخلص من جينات T3SS ، وعزل NC من البكتيريا المحورة وفحص التغييرات التي تسببت فيها الطفرات.

    الفحص المجهري وعلم البلورات وتحرير الحالة الصلبة بالرنين المغناطيسي النووي

    كما هو الحال مع جميع البروتينات تقريبًا ، لا يمكن تصور T3SS NCs إلا من خلال الفحص المجهري الإلكتروني. أظهرت الصور الأولى للـ NCs (1998) هياكل إبرة بارزة من جدار الخلية للبكتيريا الحية و NCs المسطحة ثنائية الأبعاد المعزولة. [26] في عام 2001 ، صور من NC من شيغيلا فلكسنري تم تحليلها رقميًا وتوسيطها للحصول على أول هيكل شبه ثلاثي الأبعاد من NC. [5] التركيب الحلزوني للـ NC من شيغيلا فلكسنري تم حلها بدقة 16 Å باستخدام حيود ألياف الأشعة السينية في 2003 ، [27] وبعد ذلك بعام ، بنية 17-3D من NC من السالمونيلا تيفيموريوم تم نشره. [28] سمحت التطورات والأساليب الحديثة بصور ثلاثية الأبعاد عالية الدقة لـ NC ، [29] [30] مما زاد من توضيح الهيكل المعقد لـ NC.

    تبلور العديد من بروتينات T3SS على مر السنين. وتشمل هذه البروتينات الهيكلية لـ NC والمؤثرات والمرافقات. كان الهيكل الأول لمونومر معقد الإبرة هو بنية الرنين المغناطيسي النووي من BsaL من "Burkholderia pseudomallei" وفيما بعد التركيب البلوري لـ MixH من شيغيلا فلكسنري، وكلاهما تم حلهما في عام 2006. [31] [32]

    في عام 2012 ، كشف مزيج من إنتاج الإبرة من النوع البري المؤتلف ، والرنين المغناطيسي النووي ذو الحالة الصلبة ، والمجهر الإلكتروني [33] ونمذجة رشيد عن واجهات فوق الجزيئية ، وفي النهاية التركيب الذري الكامل لـ السالمونيلا تيفيموريوم إبرة T3SS. [34] تبين أن الوحدات الفرعية PrgI المكونة من 80 وحدة بقايا تشكل مجموعة حلزونية يمنى بها ما يقرب من 11 وحدة فرعية في كل منعطفتين ، على غرار تلك الموجودة في سوط السالمونيلا تيفيموريوم. كشف النموذج أيضًا عن مجال أميني ممتد يتم وضعه على سطح الإبرة ، في حين أن الطرف الكربوكسي المحفوظ للغاية يشير إلى التجويف. [34]

    تحرير البروتينات

    تم استخدام عدة طرق من أجل تحديد مجموعة البروتينات التي تتكون منها T3SS. يمكن فصل مجمعات الإبر المعزولة باستخدام SDS-PAGE. يمكن إزالة العصابات التي تظهر بعد التلوين بشكل فردي من الجل وتحليلها باستخدام تسلسل البروتين وقياس الطيف الكتلي. يمكن فصل المكونات الهيكلية لـ NC عن بعضها البعض (جزء الإبرة من الجزء الأساسي ، على سبيل المثال) ، ومن خلال تحليل تلك الكسور يمكن استنتاج البروتينات المشاركة في كل منها. بدلاً من ذلك ، يمكن تحليل NC المعزولة مباشرةً عن طريق قياس الطيف الكتلي ، بدون رحلان كهربائي سابق ، من أجل الحصول على صورة كاملة لبروتين NC.

    الدراسات الجينية والوظيفية

    تم التلاعب بـ T3SS في العديد من البكتيريا من قبل الباحثين. يمكن استخدام مراقبة تأثير التلاعب الفردي لرسم نظرة ثاقبة لدور كل مكون من مكونات النظام. أمثلة على التلاعب هي:

    • حذف واحد أو أكثر من جينات T3SS (خروج المغلوب الجيني). لجين واحد أو أكثر من جينات T3SS (بمعنى آخر: الإنتاج في الجسم الحي من بروتين T3SS بكميات أكبر من المعتاد).
    • تغيرات نقطية أو إقليمية في جينات أو بروتينات T3SS. يتم ذلك من أجل تحديد وظيفة الأحماض الأمينية أو المناطق في البروتين.
    • إدخال جين أو بروتين من نوع من البكتيريا إلى نوع آخر (مقايسة التكامل المتبادل). يتم ذلك من أجل التحقق من الاختلافات والتشابهات بين اثنين من T3SSs.

    يمكن أن يكون للتلاعب بمكونات T3SS تأثير على العديد من جوانب الوظيفة البكتيرية والإمراضية. أمثلة على التأثيرات المحتملة:

    • قدرة البكتيريا على غزو الخلايا المضيفة ، في حالة مسببات الأمراض داخل الخلايا. يمكن قياس ذلك باستخدام اختبار الغزو (مقايسة حماية الجنتاميسين).
    • قدرة البكتيريا داخل الخلايا على الهجرة بين الخلايا المضيفة.
    • قدرة البكتيريا على قتل الخلايا المضيفة. يمكن قياس ذلك بعدة طرق ، على سبيل المثال عن طريق مقايسة إطلاق LDH ، حيث يتم تحديد إنزيم LDH ، الذي يتسرب من الخلايا الميتة ، عن طريق قياس نشاطه الأنزيمي.
    • قدرة T3SS على إفراز بروتين معين أو إفرازه على الإطلاق. من أجل فحص هذا ، يتم إحداث إفراز في البكتيريا التي تنمو في وسط سائل. ثم يتم فصل البكتيريا والوسيط عن طريق الطرد المركزي ، ثم يتم فحص الجزء المتوسط ​​(المادة الطافية) لوجود البروتينات المُفرزة. من أجل منع إفراز بروتين مُفرَز بشكل طبيعي ، يمكن ربط جزيء كبير به بشكل مصطنع. إذا ظل البروتين غير المفرز بعد ذلك "عالقًا" في قاع مجمع الإبرة ، يتم حظر الإفراز بشكل فعال.
    • قدرة البكتيريا على تجميع مجمع إبرة سليم. يمكن عزل NC من البكتيريا التي تم التلاعب بها وفحصها مجهريًا. التغييرات الطفيفة ، ولكن لا يمكن دائمًا اكتشافها عن طريق الفحص المجهري.
    • قدرة البكتيريا على إصابة الحيوانات أو النباتات الحية. حتى لو تم عرض البكتيريا التي تم التلاعب بها في المختبر لتكون قادرة على إصابة الخلايا المضيفة ، لا يمكن اعتبار قدرتها على تحمل العدوى في كائن حي أمرًا مفروغًا منه.
    • مستويات التعبير عن الجينات الأخرى. يمكن تقييم ذلك بعدة طرق ، لا سيما اللطخة الشمالية و RT-PCR. يمكن فحص مستويات التعبير عن الجينوم بأكمله بواسطة ميكروأري. تم اكتشاف العديد من عوامل النسخ من النوع الثالث والشبكات التنظيمية باستخدام هذه الطرق.
    • نمو البكتيريا ولياقتها.

    مثبطات تحرير T3SS

    تم اكتشاف عدد قليل من المركبات التي تثبط T3SS في البكتيريا سالبة الجرام ، بما في ذلك الجوادينومينات التي يتم إنتاجها بشكل طبيعي بواسطة ستربتوميسيس محيط. [35] تم تطوير الأجسام المضادة وحيدة النسيلة التي تثبط T3SS أيضًا. [36] Aurodox مضاد حيوي قادر على تثبيط ترجمة بروتينات T3SS وقد ثبت أنه قادر على منع مؤثرات T3SS في النماذج المختبرية والحيوانية [37] [38]


    أنواع السموم

    يمكن أن يأتي السم في العديد من الأشكال والأحجام المختلفة. يمكن أن يكون الأمر بسيطًا مثل جسيم مشحون ، يتفشى عبر النظام ويؤثر على تفاعلات أخرى ، إلى بروتينات معينة تستهدف الجهاز العصبي لحيوان مفترس. لأن "السم" فئة واسعة ، من المستحيل تحديد حجمها وشكلها. عادة ما تستخدم السموم التي تنتجها الحيوانات لإخضاع الفريسة أو الدفاع ضد الهجوم. على هذا النحو ، فقد تطورت لتؤثر بشكل خاص على حيوانات معينة.

    على سبيل المثال ، تم تصميم العديد من مبيدات الآفات لقتل الحشرات ، ولكن ليس لإلحاق الضرر بالكائنات الحية الأخرى. تعمل هذه عادةً من خلال استهداف جزء من تشريح الحشرات لا تمتلكه الكائنات الحية الأخرى. العديد من مبيدات الآفات آمنة للاستخدام بشكل عام ، وهناك أيضًا بعض المبيدات الحشرية الطبيعية جدًا والتي تعتبر سامة للحشرات ولكن ليس للكائنات الحية الأخرى. ومع ذلك ، فإن بعض هذه السموم لها تأثيرات غير معروفة على الكائنات الحية الأخرى والتي يمكن أن تكون ضارة للغاية. على سبيل المثال ، تم اختراع مبيد الآفات DDT لاستخدامه ضد الحشرات على المحاصيل. وجد أن الجزيء آمن للكائنات الأخرى وتم استخدامه على نطاق واسع. لم يكتشف علماء البيئة إلا بعد عقود من الزمن ، حيث اكتشف علماء البيئة أن السم كان يضعف ببطء قذائف الطيور في الجزء العلوي من السلسلة الغذائية. كان DDT ​​مسؤولاً عن خسارة فادحة من الطيور الجارحة في جميع أنحاء البلاد ، بما في ذلك النسر الأصلع.

    بشكل عام ، هناك 3 أنواع رئيسية من السموم. يمكن أن ينتج كائن حي السم ، مما يجعله سمًا بيولوجيًا. قد يكون ذرة واحدة أو جزيء معقد ينتج في الطبيعة أو في المختبر ، مما يجعله مادة سامة كيميائية. أخيرًا ، الإشعاع هو شكل خاص من السموم ينبعث من الجزيئات المشعة في البيئة. مثل السموم الأخرى ، النشاط الإشعاعي يعطل عمليات الخلايا ويمكن أن يؤدي إلى الموت. يتم تصنيف الملايين من السموم المختلفة وتصنيفها بشكل مختلف حسب فروع العلم المختلفة ، ولكن بشكل عام يتم تصنيفها حسب سميتها للإنسان.


    السموم من النوع الثالث التي تفرز تحاكي Rho GTPases والاستماتة

    تم تجهيز بعض مسببات الأمراض البكتيرية سالبة الجرام بآلية إفرازية تسمى جهاز الإفراز من النوع الثالث ، والتي يتم حفظها بشكل كبير في كل من مسببات الأمراض الحيوانية والنباتية. 37 تستخدم البكتيريا مسار إفراز البروتين هذا لتوصيل مجموعة من البروتينات المستجيبة إلى العصارة الخلوية للخلية المضيفة ، حيث يمكنها اغتصاب مسارات نقل إشارة الخلية المضيفة أو محاكاة جزيئات الخلية المضيفة. تتوسط هذه البروتينات المفرزة من النوع الثالث في مجموعة متنوعة من الأحداث ، مثل كثرة الخلايا الكبيرة والغزو البكتيري في الخلايا الظهارية ومضادات البلعمة وموت الخلايا المبرمج في البلاعم. يتم تشغيل كثرة الخلايا الكبيرة عن طريق عدد كبير من السموم المفرزة من النوع الثالث والتي تعمل إما مباشرة على Rho GTPases أو تقليد الخلايا المضيفة GEFs ، 39 تفضل الدخول البكتيري إلى الخلايا الظهارية (الشكل 3 ب). ومع ذلك ، نظرًا لأن تعزيز هذا النشاط الخلوي في الخلايا الظهارية لا يرتبط حتى الآن بموت الخلايا المبرمج ، فإن هذا الأمر خارج نطاق هذه المراجعة.

    الاستراتيجية العامة التي تستخدمها هذه البكتيريا المسببة للأمراض هي منع البلعمة والقضاء اللاحق على البلعمة الضارة عن طريق موت الخلايا المبرمج. للحصول على هذه النتيجة ، يقوم عدد كبير من البكتيريا بإجبار Rho GTPases التي تعتبر مركزية لتنظيم الهيكل الخلوي للأكتين (يظهر مخطط حول الآليات المستخدمة في الشكل 5). يلعب Exoenzyme S (ExoS) دورًا غير محدد حتى الآن في التسبب في مسببات الأمراض الانتهازية الزائفة الزنجارية. 40 وهو بروتين ثنائي الوظيفة ، له مجالان متميزان ، وكلاهما قادر على التوسط في التغييرات في الهيكل الخلوي. جزء الطرف C من ExoS ADP-ribosylates Ras في بقايا Arg-41 و Arg-128 ، وبالتالي تعطيل Ras وحجب مسارات الإشارات المعتمدة على Ras. يعرض النطاق N-terminus تسلسل "إصبع أرجينين" الذي يعمل بمثابة GAP لـ Rac و Cdc42. 40 يحتوي ExoS N-terminus على تماثل محدود من الأحماض الأمينية إلى YopE من يرسينيا السل الكاذب يعمل أيضًا بمثابة GAP لتحفيز نشاط GTPase في Cdc42 و Rac ولكن ليس من GTPases الصغيرة الأخرى. 41 يرسينيا YopT عبارة عن بروتين معدني للسيستين يشق نهاية الكربوكسي في Rho GTPases ، مما يتسبب في إطلاقها من غشاء البلازما وما يترتب على ذلك من اضطراب في الهيكل الخلوي للأكتين. 42 في جميع الحالات ، يؤدي تعطيل Rho إلى مقاطعة أحداث الإشارات الضرورية لإعادة تشكيل الهيكل الخلوي للأكتين ، وبالتالي يحتمل أن يساهم في حدوث كثرة البلعمة.

    السموم من النوع الثالث: استراتيجيات جزيئية لإحباط الضامة. تستخدم العديد من مسببات الأمراض البكتيرية جزيئات المستجيب المفرزة من النوع الثالث والتي تستحوذ على التحكم في Rho GTPases لممارسة نشاط مضاد للبلعمة. يتفاعل YopE و ExoS ، اللذان يحاكيان الخلية المضيفة GAP ، مع Rho-GTP ، للحث على التحلل المائي GTP وإطلاق Rho-GDP من غشاء البلازما. يشق YopT مباشرة Rho-GTP مما يتسبب في انفصاله عن غشاء البلازما. في كلتا الحالتين ، يؤدي تثبيط Rho الناتج إلى مقاطعة أحداث الإشارات اللازمة لإعادة تنظيم الهيكل الخلوي للأكتين ، وبالتالي يساهم بشكل محتمل في حدوث كثرة البلعمة. إلى جانب إعاقة التقاطها بواسطة الضامة ، تقوم بعض البكتيريا أيضًا بتنشيط مسار موت الخلايا المبرمج عن طريق السموم من النوع الثالث. YopT ، إلى جانب تحفيز انهيار الهيكل الخلوي للأكتين ، يُلزم الخلايا بالاستماتة عن طريق تعديل Rho GTPases مباشرة. يمكن لـ IpaB و SipB الارتباط بـ caspase-1 ويفترض تفعيلهما. كيف يمكن أن يؤدي الكاسباس 1 إلى موت الخلايا المبرمج لا يزال قيد المناقشة. بالإضافة إلى caspase-1 ، يرتبط SipB مباشرة بتبديل caspase-2 على مسار موت الخلايا المبرمج الذي يتضمن أيضًا تنشيط caspase-3 و -6 و -8 وإطلاق السيتوكروم c من الميتوكوندريا. يحث YopP / J أيضًا على موت الخلايا المبرمج للبلاعم على الأرجح عن طريق منع الانتقال النووي للعامل المضاد للخلايا NF-κينتج B. YopP / J أيضًا شكلًا مبتورًا من البروتين proapoptotic BID (tBID) الذي ، عند الانتقال إلى الميتوكوندريا ، يحفز إطلاق السيتوكروم ج، تفعيل الكاسبيسات الجلاد والاستماتة

    كانت البكتيريا الأولى التي ثبت أنها تحفز موت الخلايا المبرمج شيغيلا فلكسنري، التي تقتل على وجه التحديد الضامة المستنبتة ولكن لا تقتل الخلايا الظهارية. 43 الضامة تخضع لموت الخلايا المبرمج وتطلق كميات كبيرة من انترلوكين السيتوكين المنبه للالتهابات (IL) -1. مطلوب بروتين IpaB لمثل هذه التأثيرات ، بغض النظر عن دوره في دخول الخلية. داخل الخلايا ، يرتبط IpaB بـ caspase-1 ، وهو البروتيز الذي يشق بروتين IL-1 لإطلاق البروتين الناضج ، ويفترض أن مثل هذا الارتباط ينشط أيضًا موت الخلايا المبرمج. 44 السالمونيلا النيابة. أيضًا تحفز موت الخلايا المبرمج بالبلعمة باستخدام بروتين يفرز من النوع الثالث ، SipB ، والذي ينشط بشكل مباشر مسارات موت الخلايا المبرمج والتهابات الخلية المضيفة عن طريق استهداف caspase-1 ، 45 في نفس الوريد من IpaB. ومع ذلك ، تظهر أدلة أكثر حداثة أن SipB ينشط آلية موت الخلايا المبرمج عن طريق تنظيم كاسباس 2 وكذلك كاسباس 3 ، -6 ، -8 وإطلاق السيتوكروم. ج من الميتوكوندريا. 46 الميتوكوندريا ، ومع ذلك ، لم يمسها السالمونيلا- الضامة المصابة. فمن الممكن أن السيتوكروم ج يتغذى مرة أخرى على شلال كاسباس ويسرع عملية موت الخلايا المبرمج.

    داخل الخلية المضيفة ، تفرز السموم من النوع الثالث من يرسينيا تعمل على تثبيط البلعمة وتحريض موت الخلايا المبرمج. يعمل عامل ضراوة النبات AvrPphB (الذي لا يستهدف Rho GTPases) مثل YopT ، حيث يعدل الجزيء المستهدف الذي يمنع العدوى عن طريق تحفيز موت الخلايا المبرمج لنظام الدفاع النباتي (استجابة شديدة الحساسية). 48 بشكل عام ، يتم التعرف على تعديلات الجزيئات المستهدفة بواسطة عوامل ضراوة النبات من خلال نظام كشف للمضيف (عامل R) ، والذي يستجيب عن طريق إحداث موت الخلية. كما ذكر شنايدر ، 48 قد يتخطى العامل الممرض العائل ويحول ذلك لمصلحته الخاصة. قد يكون هذا صحيحًا أيضًا بالنسبة لعوامل الفوعة البكتيرية التي تستهدف خلايا الثدييات. على سبيل المثال ، YopP / J من يرسينيا يلعب دورًا مضادًا للالتهابات مفيدًا للبكتيريا عن طريق منع تنشيط NF-κB ، ولكن أيضًا يؤدي إلى موت الخلايا المبرمج لأن NF-κB مطلوب لبقاء الخلية. 49 يولد YopP / J أيضًا شكلًا مبتورًا من البروتين proapoptotic BID (tBID) الذي ، عند الانتقال إلى الميتوكوندريا ، يحث على إطلاق السيتوكروم ج، تفعيل الكاسبيسات الجلاد والاستماتة. 50 لذلك ، قد يتم الكشف عن تعديل Rho GTPases نفسها ، أو آثارها النهائية (مثل تغيرات الهيكل الحلقي الأكتين) ، من قبل الخلية المضيفة ، مما يؤدي إلى موت الخلايا المبرمج.


    استنتاج

    أحدث استخدام سموم البوتولينوم ثورة في علاج الاضطرابات التشنجية العينية المختلفة وخلل التوتر العضلي في الوجه والتجاعيد حول العين. المعرفة الدقيقة وفهم التشريح الوظيفي لعضلات المحاكاة ضروريان للغاية لاستخدام سموم البوتولينوم بشكل صحيح في الممارسة السريرية. عادة ما تكون التأثيرات الضائرة خفيفة وعابرة. المضاعفات الجوهرية الأكثر شيوعًا هي الضعف المفرط أو غير المرغوب فيه ، ويختفي هذا عندما يفقد تأثير السم. قد يحدث تدلي الحاجب وتدلي الجفن وضعف الرقبة وعسر البلع والشفع. معرفة التشريح الوظيفي والخبرة في هذا الإجراء يساعدان الحقن على تجنب المضاعفات. في المستقبل ، سيساعد تطوير سموم قوية جديدة مع زيادة الفعالية ومدة التأثير في هذا المجال الموسع والمثير للاهتمام للحفظ الكيميائي.


    Bekerman، E. & amp Einav S. الأمراض المعدية. مكافحة التهديدات الفيروسية الناشئة. العلوم 348 ، 282-283 (2015).

    Martchenko، M.، Jeong، S. Y. & amp Cohen، S.N. إن مجمعات الإنتجرين غير المتجانسة المحتوية على بيتا 1-إنتيجرين تعزز استيعاب سم الجمرة الخبيثة وقدرتها على القتل. Proc Natl Acad Sci USA 107 ، 15583-15588 (2010).

    Chong، C.R، Chen، X.، Shi، L.، Liu، J. O. & amp Sullivan، D.J، Jr. تحدد شاشة مكتبة الأدوية السريرية الأستيميزول كعامل مضاد للملاريا. بيولوجيا الطبيعة الكيميائية 2 ، 415-416 (2006).

    Sandvig، K. & amp van Deurs، B. التسليم في الخلايا: الدروس المستفادة من السموم النباتية والبكتيرية. جين ثير 12 ، 865-872 (2005).

    Martchenko، M.، Candille، S. I.، Tang، H. & amp Cohen، S.N. Proc Natl Acad Sci USA 109 ، 2972-2977 (2012).

    Moayeri، M. & amp Leppla، S. H. التأثيرات الخلوية والجهازية لسم الجمرة الخبيثة القاتلة وتوكسين الوذمة. مول أسبكتس ميد 30 ، 439-455 (2009).

    Duesbery ، N. S. et al. تثبيط بروتين MAP-kinase-kinase بواسطة عامل قاتل الجمرة الخبيثة. العلوم 280 ، 734-737 (1998).

    برادلي ، ك.أ ، موغريدج ، جيه ، موريز ، إم ، كوليير ، آر جيه آند يونغ ، جيه أ. تحديد المستقبل الخلوي لسم الجمرة الخبيثة. طبيعة 414 ، 225-229 (2001).

    سكوبي ، إتش إم ، ريني ، جي جي ، برادلي ، ك. Proc Natl Acad Sci USA 100 ، 5170-5174 (2003).

    Klimpel، K.R، Molloy، S. S.، Thomas، G. & amp Leppla، S.H. يتم تنشيط المستضد الواقي لسم الجمرة الخبيثة بواسطة بروتياز سطح الخلية مع خصوصية التسلسل والخصائص التحفيزية للفورين. Proc Natl Acad Sci USA 89 ، 10277-10281 (1992).

    كينتزر ، إيه إف وآخرون. يشكل مكون المستضد الوقائي لتوكسين الجمرة الخبيثة معقدات مثمنة وظيفية. جيه مول بيول 392 ، 614-629 (2009).

    Thoren، K. L. & amp Krantz، B. A. قصة تتكشف لانتقال سم الجمرة الخبيثة. Mol Microbiol 80 ، 588-595 (2011).

    Checroun، C.، Wehrly، T. D.، Fischer، E.R، Hayes، S.F & amp Celli، J. Proc Natl Acad Sci USA 103 ، 14578–14583 (2006).

    Ha ، S. D. ، Ham ، B. ، Mogridge ، J. ، Saftig ، P. ، Lin ، S. & amp Kim ، S. O. جي بيول كيم 285 ، 2120-2129 (2010).

    تان ، واي ك ، كوسوما ، سي م ، سانت جون ، إل جي ، فو ، إتش إيه ، أليبيك ، ك. Biochem Biophys Res Commun 379 ، 293-297 (2009).

    Abrami، L.، Lindsay، M.، Parton، R.G، Leppla، S.H & amp van der Goot، F.G. جي سيل بيول 166 ، 645-651 (2004).

    سوبو ، ك وآخرون. يؤدي تراكم الكوليسترول الداخلي المتأخر إلى ضعف الاتجار داخل الجسم. بلوس واحد 2 ، إي 851 (2007).

    Tershak، D. R. رابطة بروتينات فيروس شلل الأطفال مع الشبكة الإندوبلازمية. مجلة علم الفيروسات 52 ، 777-783 (1984).

    ويكليف ، K. E. ، Leppla ، S. H. & amp Moayeri ، M.يعتبر تكوين الجراثيم الالتهابية الناجم عن السموم القاتلة وتفعيل كاسباس 1 أحداثًا متأخرة تعتمد على تدفقات الأيونات والبروتيازوم. خلية ميكروبول 10 ، 332–343 (2008).

    بانشال ، آر جي وآخرون. تحديد مثبطات الجزيئات الصغيرة للعامل المميت للجمرة الخبيثة. نات ستراكت مول بيول 11 ، 67-72 (2004).

    Arora، N.، Klimpel، K.R، Singh، Y. & amp Leppla، S.H. اندماج عامل سموم الجمرة الخبيثة إلى مجال ADP-ribosylation من Pseudomonas exotoxin A هي سموم خلوية قوية يتم نقلها إلى العصارة الخلوية لخلايا الثدييات. جي بيول كيم 267 ، 15542-15548 (1992).

    ميلر ، سي جي ، إليوت ، J.L & amp Collier ، R.J. مستضد الحماية من الجمرة الخبيثة: تحويل ما قبل المسام إلى المسام. الكيمياء الحيوية 38 ، 10432-10441 (1999).

    Squires ، R. C. ، Muehlbauer ، S.M & amp Brojatsch ، J. Proteasomes تتحكم في تنشيط كاسباس -1 في قتل الخلايا بوساطة سم الجمرة الخبيثة القاتلة. جي بيول كيم 282 ، 34260–34267 (2007).

    Liu، S. & amp Leppla، S. H. علامة بطانة الورم السطحي للخلية 8 ارتباط بسم الجمرة الخبيثة المستقل عن الذيل السيتوبلازمي ، المعالجة المحللة للبروتين ، تكوين أوليغومير والاستيعاب. جي بيول كيم 278 ، 5227-5234 (2003).

    Mayer ، M. & amp Meyer ، B. رسم خرائط حاتمة المجموعة عن طريق فرق نقل التشبع بالرنين المغناطيسي النووي لتحديد أجزاء يجند على اتصال مباشر بمستقبل بروتين. J Am Chem Soc 123، 6108–6117 (2001).

    Meyer ، B. & amp Peters ، تقنيات التحليل الطيفي T. NMR لفحص وتحديد ارتباط الليجند بمستقبلات البروتين. Angew Chem Int Ed Engl 42، 864–890 (2003).

    ميركوفيتش ، ب. وآخرون. آلية جديدة لتثبيط كاتيبسين ب بواسطة نيتروكسولين المضاد الحيوي والمركبات ذات الصلة. ChemMedChem 6 ، 1351–1356 (2011).

    Gnirss ، K. et al. ينشط Cathepsins B و L الإيبولا ولكن ليس البروتينات السكرية لفيروس ماربورغ للدخول الفعال إلى خطوط الخلايا والضامة المستقلة عن تعبير TMPRSS2. علم الفيروسات 424 ، 3-10 (2012).

    سانشيز ، أ. تحليل دخول الفيروس الخيطي إلى خلايا vero e6 ، باستخدام مثبطات الالتقام الخلوي ، وتحمض داخل الجسم ، والسلامة الهيكلية ونشاط الكاثيبسين (B و L). J إنفيكت ديس 196 ملحق 2 ، S251-258 (2007).

    ليميشيز ، إي وآخرون. يستغل النقل الغشائي لجزء ذيفان الخناق أ آلية الاتجار بالجسيم الداخلي المبكر إلى المتأخر. Mol Microbiol 23 ، 445-457 (1997).

    مينغو ، آر إم وآخرون. يُظهر فيروس الإيبولا والمتلازمة التنفسية الحادة الوخيمة حركيات دخول الخلايا المتأخرة: دليل على أن الانتقال إلى NPC1 + endolysosomes هو خطوة تحدد المعدل. مجلة علم الفيروسات 89 ، 2931-2943 (2015).

    Colpitts، T.M، Moore، A.C، Kolokoltsov، A. A. & amp Davey، R. A. تتطلب عدوى فيروس التهاب الدماغ الخيلي الفنزويلي لخلايا البعوض التحميض وكذلك متماثلات البعوض لبروتينات الالتقام Rab5 و Rab7. علم الفيروسات 369 ، 78-91 (2007).

    St Pierre، C.A، Leonard، D.، Corvera، S.، Kurt-Jones، E.A & amp Finberg، R.W. الأجسام المضادة إلى بروتينات سطح الخلية تعيد توجيه مسارات التهريب داخل الخلايا. علم الأمراض التجريبي والجزيئي 91 ، 723-732 (2011).

    Martinez ، M.G ، Forlenza ، M.B & amp Candurra ، N. A. مشاركة البروتينات الخلوية في دخول Junin arenavirus. مجلة التكنولوجيا الحيوية 4 ، 866-870 (2009).

    برنارد ، إي وآخرون. الالتقام الخلوي لفيروس الشيكونغونيا في خلايا الثدييات: دور الكلاذرين والمقصورات الداخلية المبكرة. PLoS One 5 ، e11479 (2010).

    Qa'Dan، M.، Spyres، L.M & amp Ballard، J.D. pH المستحثة بالتغيرات التوافقية في توكسين المطثية العسيرة B. Infect Immun 68، 2470–2474 (2000).

    Johannes، L. & amp Decaudin، D. سموم البروتين: الاتجار داخل الخلايا من أجل العلاج الموجه. جين ثير 12 ، 1360-1368 (2005).

    Jackson، ME، Simpson، JC، Girod، A.، Pepperkok، R.، Roberts، LM & amp Lord، JM يتم استغلال نظام استرجاع KDEL بواسطة Pseudomonas exotoxin A ، ولكن ليس بواسطة Shiga-likeoxin-1 ، أثناء النقل إلى الوراء من مجمع جولجي إلى الشبكة الإندوبلازمية. J Cell Sci 112 (Pt 4) 467-475 (1999).

    Turcotte، S.، Letellier، J. & amp Lippe، R. Herpes simplex virus type 1 capsids عبر شبكة trans-Golgi ، حيث تتراكم البروتينات السكرية الفيروسية بشكل مستقل عن خروج القفيصة. مجلة علم الفيروسات 79 ، 8847-8860 (2005).

    هاسبوت ، إف وآخرون. يحدث دخول الفيروس المضخم للخلايا البشرية إلى الخلايا المتغصنة عبر مسار يشبه كثرة الخلايا الكبيرة بطريقة مستقلة عن الرقم الهيدروجيني وتعتمد على الكوليسترول. PLoS One 7 ، e34795 (2012).

    Krzyzaniak و M. بلوس باثوج 9 ، e1003309 (2013).

    O’Neill، P.، Barton، V.، Ward، S. & amp Chadwick، J. 4-Aminoquinolines: Chloroquine، Amodiaquine and Next-Generation Analogues. سبرينغر: بازل إيه جي ، (2012).

    Minzi، O. M.، Rais، M.، Svensson، J. O.، Gustafsson، L.L & amp Ericsson، O. طريقة كروماتوجرافية سائلة عالية الأداء لتقدير الأمودياكين والكلوروكين ومستقلباتها أحادية الإيثيل في العينات البيولوجية. ي تشروماتوجر ب أناليت تكنول علوم الحياة بيوميد 783 ، 473-480 (2003).

    نتال ، إم وآخرون. أخذ عينات متكيف ميدانيًا من الدم الكامل لتحديد مستويات الأمودياكين ومستقلبه في الأطفال المصابين بالملاريا غير المعقدة والمعالجين بمزيج من الأمودياكين بالإضافة إلى الأرتيسونات. مجلة الملاريا 8 ، 52 (2009).

    ريكين ، إم جيه وآخرون. الحرائك الدوائية للأمودياكين و desethylamodiaquine في النساء الحوامل وبعد الولادة المصابات بالملاريا النشيطة المتصورة. وكلاء مضادات الميكروبات Chemother 55 ، 4338-4342 (2011).

    Lu، Q.، Wei، W.، Kowalski، P. E.، Chang، A.C & amp Cohen، S.N. EST يحدد تعطيل الجين على مستوى الجينوم على نطاق واسع ARAP3 كبروتين مضيف يؤثر على القابلية الخلوية لسم الجمرة الخبيثة. Proc Natl Acad Sci USA 101 ، 17246-17251 (2004).


    نظرة عامة

    S. الزحار وتم التعرف على Stx في القرن التاسع عشر من قبل الدكاترة. نيسر وشيجا (1) وكونرادي (2). بعد ما يقرب من 80 عامًا ، نفس السم (يسمى الآن Stx1 لتمييزه عن السم الذي ينتجه S. الزحار) في مجموعة بكتريا قولونية يعزل. تسببت هذه البكتيريا في الإسهال الدموي وعقابيل خطيرة ، متلازمة انحلال الدم اليوريمي (HUS) ، وهي حالة تتميز بنقص الصفيحات وفقر الدم الانحلالي والفشل الكلوي (3 ، 4). بعض بكتريا قولونية تبين لاحقًا أن السلالات تنتج سمًا شديد الارتباط ، Stx2 ، له نفس طريقة العمل مثل Stx / Stx1 ولكن هذا متميز من الناحية المناعية. Stxs (المعروفة أيضًا باسم سموم فيرو ، وسابقًا باسم سموم شبيهة بالشيغا) هي مجموعة من سموم بروتين AB5 البكتيرية بحوالي 70 كيلو دالتون والتي تمنع تخليق البروتين في الخلايا حقيقية النواة الحساسة. يتم حظر تخليق البروتين بواسطة Stxs من خلال إزالة بقايا الأدينين من 28S rRNA للريبوسوم 60S. هذه ن- يتواجد نشاط الجليكوزيداز للسم في الوحدة الفرعية A. يتوسط البنتامر للوحدات الفرعية B المتطابقة ارتباط السموم بالمستقبل الخلوي globotriaosylceramide (Gb3). القواسم المشتركة الإضافية بين مجموعات Stx هي أن جينات الوحدة الفرعية يتم ترميزها في أوبرون مع جين الوحدة الفرعية A 5 & # x02019 إلى الوحدة الفرعية B ، والتي stx عادة ما يتم العثور على الأوبرا داخل تسلسل البكتيريا المحرضة ، اللايسوجينية ، مثل اللامدا ، وأن السموم تستخدم مسارًا رجعيًا للوصول إلى السيتوبلازم. تشمل الاختلافات بين مجموعتي السموم حقيقة أن الجينات لـ stx/stx1 أ يتم قمعها بواسطة الفراء عند وجود مستويات عالية من الحديد (5 & # x020137) ، وذلك بكتريا قولونية السلالات التي تشفر stx2 ترتبط وبائيًا بمرض أكثر خطورة من تلك التي تحملها stx1 (8, 9).


    الفصل الأول - خصائص البروبيوتيك المضادة للفيروسات في مكافحة مسببات الأمراض الجرثومية

    البروبيوتيك هي كائنات دقيقة غير مسببة للأمراض تمنح فوائد صحية للمضيف عند تناولها بكميات كافية. تم توثيق أدلة وافرة لدعم التطبيق المحتمل للبروبيوتيك للوقاية من العدوى وعلاجها. تشمل الفوائد الصحية للبروبيوتيك الوقاية من الإسهال ، بما في ذلك الإسهال المرتبط بالمضادات الحيوية وإسهال المسافر والإكزيما التأتبية وحمل الأسنان وسرطان القولون والمستقيم وعلاج مرض التهاب الأمعاء. إن المجموعة التراكمية من الأدلة العلمية التي توضح الآثار المفيدة للبروبيوتيك على الصحة والوقاية من الأمراض جعلت البروبيوتيك مهمًا بشكل متزايد كجزء من تغذية الإنسان وأدى إلى زيادة الطلب على البروبيوتيك في التطبيقات السريرية وكأطعمة وظيفية.

    تُعزى قدرة البروبيوتيك على تعزيز الصحة إلى التأثيرات المفيدة المختلفة التي تمارسها هذه الكائنات الدقيقة على المضيف. وتشمل هذه استقلاب اللاكتوز وهضم الطعام ، وإنتاج الببتيدات المضادة للميكروبات والسيطرة على الالتهابات المعوية ، والخصائص المضادة للسرطان ، وتعزيز المناعة ، وتعزيز إنتاج الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة ، ومضادات الفيروسات وخواص خفض الكوليسترول ، والدور التنظيمي في الحساسية ، والحماية من المهبل أو المسالك البولية التهابات المسالك ، وزيادة القيمة الغذائية ، والحفاظ على سلامة الظهارة والحاجز ، وتحفيز آلية الإصلاح في الخلايا ، وصيانة وإعادة إنشاء المجتمعات الميكروبية المعوية والجهاز التنفسي الأصلية المتوازنة. تركز معظم هذه السمات بشكل أساسي على تأثير مكملات البروبيوتيك على المضيف. ومن ثم ، في معظم الحالات ، يمكن استنتاج أن قدرة البروبيوتيك على حماية المضيف من العدوى هي نتيجة غير مباشرة لتعزيز الصحة العامة والرفاهية. ومع ذلك ، فإن البروبيوتيك لها تأثير مباشر على غزو الكائنات الحية الدقيقة.

    تشمل طرق العمل المباشرة التي تؤدي إلى القضاء على مسببات الأمراض تثبيط تكاثر الممرض عن طريق إنتاج مواد مضادة للميكروبات مثل البكتيريا ، والتنافس على الحد من الموارد في المضيف ، وتأثير مضاد السموم ، وتثبيط الفوعة ، والتأثيرات المضادة للالتصاق ، والاستبعاد التنافسي عن طريق التنافس على الارتباط. مواقع أو تحفيز وظيفة الحاجز الظهاري. على الرغم من أنه تم توثيق الكثير حول قدرة البروبيوتيك على تعزيز صحة المضيف ، إلا أن هناك نقاشًا محدودًا حول التأثيرات المذكورة أعلاه للبروبيوتيك على مسببات الأمراض. كوننا في عصر مقاومة المضادات الحيوية ، فإن الفهم الأفضل لهذا التفاعل المعقد بين الكائنات الحية المجهرية ومسببات الأمراض أمر بالغ الأهمية لتطوير استراتيجيات فعالة للسيطرة على العدوى. لذلك ، سيركز هذا الفصل على قدرة البروبيوتيك على تعديل الطبيعة المعدية لمسببات الأمراض والآليات الأساسية التي تتوسط هذه التأثيرات.


    هندسة السموم البكتيرية للأبحاث والطب

    المقدمة

    السموم البكتيرية عبارة عن بروتينات قادرة على تحقيق مهام رائعة متعددة (Menetrey وآخرون.، 2005 باركر وفيل ، 2005). إنها تعمل كأجهزة جزيئية مستقلة ، وتستهدف خلايا معينة في كائن حي ، وتحدث ثقوبًا في أغشيتها ، أو تعدل المكونات داخل الخلايا. تنطوي عمليات التسمم على خطوات متخصصة بدرجة عالية من التعقيد. وبالتالي ، من المغري لعالم الكيمياء الحيوية ، أو مهندس البروتين ، أو عالم التكنولوجيا الحيوية ، أو عالم الطب استغلال الخصائص المعقدة للسموم البكتيرية لتصميم جزيئات جديدة مشتقة من السموم للبحث ، أو التكنولوجيا الحيوية ، أو العلاجات الطبية. تستخدم بعض السموم أو الوحدات الفرعية السامة في شكلها الطبيعي كأدوات بيوكيميائية وبيولوجية الخلية أو لعلاج أمراض معينة. على سبيل المثال ، يتم استخدام الستربتوليسين O لإحداث ثقوب عابرة في الخلايا لإيصال أليغنوكليوتيدات (بروتون وآخرون.، 1997) أو البروتينات (Fawcet وآخرون.، 1998 واليف وآخرون.، 2001) في السيتوبلازم. يستخدم خماسي الكوليرا توكسين ب كعلامة على أطواف الدهون نظرًا لخصوصية ارتباطه بمبيدات الجانجليوزيد المحتبسة في هذه النطاقات الصغيرة الغشائية (أصعب وآخرون.، 1998). كما أنه يستخدم كعامل مساعد للقاحات المخاطية (Freytag and Clements، 2005). المطثية تستخدم السموم لدراسة بروتينات الأكتين وجي (ريتشارد وآخرون.، 1999) يستخدم توكسين البوتولينوم في علاج خلل التوتر العضلي (يانكوفيتش ، 2004). أيضا ، يتم استخدام السموم البكتيرية الطبيعية المعطلة عن طريق العلاج الكيميائي كلقاحات. وتشمل هذه السموم الدفتيريا والتيتانوس والسعال الديكي.

    إلى جانب استخدام السموم الأصلية كأدوات أو علاجات أو لقاحات ، يمكن هندسة السموم أو شظايا السموم أو دمجها مع مجالات بروتينية أخرى لبناء بروتينات جديدة منطقية ذات أنشطة محددة جديدة. تركز هذه المراجعة على الإمكانيات الهائلة التي توفرها هندسة السموم لتصميم أدوات وعلاجات جديدة. تم وصف تطبيقات السموم الأصلية في فصول أخرى من هذا الكتاب. أيضًا ، لم يتم هنا تفصيل آليات عمل السموم المستخدمة في الهندسة. القارئ مدعو للعودة إلى الفصول المقابلة من هذا الكتاب ليجد كل التفاصيل الخاصة بهذه الآليات.

    تساعد نظرة عامة موجزة عن خصائص السموم البكتيرية على فهم الاحتمالات الرائعة التي توفرها كوحدات بناء لتكييف بروتينات جديدة مع الأنشطة المرغوبة (الجدول 60.1). عادة ما تفرز البكتيريا السموم في صورة قابلة للذوبان. يمكن للسموم بعد ذلك أن تنتشر في البيئة المائية لسوائل الجسم مثل إفرازات الجهاز الهضمي أو الجهاز التنفسي والسائل الخلالي المحيط بالأنسجة المصابة والليمفاوية والدم وما إلى ذلك. بعض السموم قادرة على عبور الحواجز الظهارية أو اختراق أعماق الأعضاء. على سبيل المثال ، يعبر توكسين البوتولينوم جدار الجهاز الهضمي من تجويف الأمعاء عن طريق الترانزيت إلى الدورة الدموية ، ويصل ذيفان الكزاز إلى الخلايا العصبية الداخلية المثبطة في الجهاز العصبي المركزي عن طريق النقل الرجعي عبر الخلايا العصبية الطرفية. يستمر تسمم الخلايا بسلسلة من الخطوات المتتالية التي تشمل مجالات أو وحدات فرعية مختلفة من السم (الشكل 60.1). يعد تنشيط السم عن طريق الانقسام البروتيني للببتيد الطرفي ، أو حلقة بين المجالات ، أو حتى موقع داخل المجال ضروريًا للعديد من السموم. قد تشمل هذه العملية بروتياز بكتيري أو مضيف وقد تحدث قبل أو بعد ارتباط السم على سطح الخلايا المستهدفة. من المحتمل أن الحاجة إلى آلية تنشيط تمنع السموم من التفاعل بشكل غير لائق مع الأغشية البكتيرية أو الأغشية المضيفة. تحدد السموم البكتيرية خلاياها المستهدفة من خلال التعرف على مستقبلات سطح الخلية المحددة. تتعرف معظم السموم على المستقبلات الموجودة في أي نوع من الخلايا ، وبالتالي يكون لها مجموعة واسعة من الأهداف ، بينما يتعرف البعض الآخر على المستقبلات الموجودة في خلايا محددة جدًا ، مثل الخلايا العصبية (المطثية السموم العصبية) أو الخلايا المتغصنة في الجهاز المناعي (البورديتيلة السعال الديكي adenylate cyclase). تعمل السموم المكونة للمسام مباشرة على سطح الخلية ، في معظم الحالات بعد قلة القلة (باركر وفيل ، 2005). السموم مع أهداف داخل الخلايا من ABRT و AB5 تعمل الأنواع عادةً كجزيئات فردية (مونومرات أو أوليغومرات مجمعة مسبقًا) ، بينما تعمل سموم Aنب7 اكتب التجميع على هيئة أوليغومرات بعد الارتباط بسطح الخلية (Menetrey وآخرون.، 2005). تخترق هذه السموم الخلايا من خلال مسارات الاستيعاب التي تتبعها مستقبلاتها. يتم توجيهها إلى مقصورات داخل الخلايا اعتمادًا على مستقبلاتها أو على تسلسلات الاستهداف الداخلية. تخضع معظم السموم من كلا النوعين (المكونة للمسام أو ذات الأهداف داخل الخلايا) لتغييرات توافقية كبيرة تشمل مجالًا واحدًا أو أكثر من أجل التفاعل والاختراق في غشاء سطح الخلية أو المقصورات داخل الخلايا التي تستهدفها. أنها تخلق قنوات أو مسام ، بعضها بأحجام صغيرة وانتقائية ضيقة ، وبعضها بأحجام كبيرة جدًا قابلة للاختراق للجزيئات الكبيرة. تنتقل السموم ذات الأهداف داخل الخلايا إلى مجالها الحفاز (C) أو الوحدة الفرعية من خلال غشاء مقصورات خلوية معينة إلى سيتوبلازم الخلية. تتضمن هذه العملية تغييرات هيكلية كبيرة للمكونات الحفازة (Falnes وآخرون.، 1994). أخيرًا ، يتم إعادة طوى هذه المكونات في السيتوبلازم وممارسة أنشطتها الأنزيمية تجاه جزيئات الركيزة المحددة المشاركة في العمليات الخلوية الرئيسية (Menetrey وآخرون., 2005 ).

    الجدول 60.1. خصائص السموم البكتيرية التي يمكن استغلالها في الهندسة

    الخصائصالسموم المعنية أ
    انتشار سوائل الجسمتشكيل المسام ب وداخل الخلايا ج
    عبور الحواجز الظهاريةسموم البوتولينوم ، بعض AB5 السموم
    اختراق في الجهاز العصبي المركزيكزاز
    تنشيط بروتينتشكيل المسام ب وداخل الخلايا ج
    استهداف مستقبلات سطح الخليةتشكيل المسام ب وداخل الخلايا ج
    العمل على سطح الخلية (نفاذية)تشكيل المسام ب
    إزفاء من سطح الخليةB. السعال الديكي أدينيلات سيكليس
    الاستيعاب والاتجار داخل الخلاياج داخل الخلايا باستثناء B. السعال الديكي أدينيلات سيكليس
    التغيير التوافقي عند القلةتشكيل المسام ب ، أنب7 السموم
    التغيير التوافقي عند التحميضABRT السموم ، أنب7 السموم
    اختراق الغشاءتشكيل المسام ب ، أبRT، أنب7 السموم
    تكوين المسام (حجم كبير ، ضعيف أو عدم الانتقائية)تشكيل المسام ب (باستثناء سموم RTX)
    نفاذيةسموم RTX ، بعض ABrt
    تشكيل القناة (حجم صغير ، انتقائية عالية ، جهد كهربي)ABRT، أنب7 السموم والكوليسين
    النقل من حجرات الخلاياج داخل الخلايا باستثناء B. السعال الديكي أدينيلات سيكليس
    الأنشطة الأنزيمية (انظر Menetrey وآخرون.، 2005 للحصول على قائمة)داخل الخلايا ج

    الشكل 60.1. تنظيم هيكل / وظيفة السموم مع أهداف داخل الخلايا (Ménétrey وآخرون.، 2005). من حيث المبدأ ، يمكن عزل كل وحدة نمطية (سلسلة أو مجال) واستخدامها للهندسة مع البروتينات الأخرى. في جميع الحالات ، تحمل السلسلة A المجال الحفزي (C) للسم. بالنسبة إلى ABRT السموم ، تتكون السلسلة B من مجال ربط المستقبلات (R) المسؤول عن الارتباط بسطح الخلية ، والاستيعاب بوساطة المستقبلات ، والاتجار داخل الخلايا ومجال النقل (T) المسؤول عن مرور المجال C داخل السيتوبلازم. بالنسبة إلى AB5 السموم ، السلسلة B مسؤولة عن الارتباط بسطح الخلية ، والاستيعاب بوساطة المستقبلات ، والاتجار داخل الخلايا. بالنسبة لأنب7 السموم ، حتى ثلاث سلاسل أ قد ترتبط بواحد من هيبتامر ب. تحتوي السلسلة A على مجال مسؤول عن الارتباط بالمجال B heptamer والمجال C. تعتبر السلسلة B مسؤولة عن الارتباط بسطح الخلية ، والاستيعاب بوساطة المستقبلات ، والاتجار داخل الخلايا ، وانتقال السلسلة A إلى السيتوبلازم. بين ABRT السموم هي: ذيفان الخناق (C. الدفتيريا) ، السموم الخارجية أ (P. الزنجارية) ، سموم البوتولينوم (C. البوتولينوم) ذيفان الكزاز (C. tetani) ، السموم المطثية الكبيرة (C. صعب ، C. sordellii ، C. novyi) ، والسموم الجلدية (E. coli ، B. الشاهوق). إن cyclase adenylate من ب. السعال الديكي يشبه ABRT السموم ، على الرغم من أن سلسلتها B مشتقة من ذيفان RTX. بين AB5 السموم هي سموم الكوليرا (ضمة الكوليرا) ، السموم التي تتأثر بالحرارة (E. coli) ، ذيفان السعال الديكي (B. السعال الديكي) ، ذيفان الشيغا (S. الزحار) والسموم الشبيهة بالشيغا (بكتريا قولونية). من بين أنب7 السموم هي سم الجمرة الخبيثة (الجمرة الخبيثة) ، توكسين VIP (ب. سيريس) ، ذيفان C2 (C. البوتولينوم) ذرة ذرة (C. بيرفرينجنز) ، والسموم الأكتين- ADP- الريبوسيلات (C. spiroforme و جيم صعب).

    كل هذه الخطوات ، كل هذه الأنشطة المعقدة ترتبط بشكل متكرر بالمجالات أو السلاسل أو الوحدات الفرعية للسموم (الشكل 60.1). هذا ينطبق بشكل خاص على السموم ذات الأنشطة داخل الخلايا. يمكن عزل العديد من هذه المجالات عن بقية السم عن طريق تقنية الحمض النووي المؤتلف واستخدامها لخصائصها ، معزولة أو مدمجة مع بروتينات أخرى. أيضا ، يمكن تعديلها عن طريق هندسة البروتين. قد يحتفظون بوظيفتهم الأصلية كليًا أو جزئيًا ، أو حتى يعبروا عن قدرات جديدة غير متوقعة. حتى الجينات التي تشفر شظايا من السموم أو مستقبلات السم يمكن استخدامها في هندسة الخلايا أو الحيوانات. الاحتمالات لا حصر لها. تهدف هذه المراجعة إلى توضيح مفهوم هندسة السموم بسلسلة من الأمثلة ولكنها لا يمكن أن تكون شاملة. يتم فرز هذه الأمثلة وفقًا لنوعين رئيسيين من السموم البكتيرية (السموم ذات الأنشطة داخل الخلايا والسموم المكونة للمسام) والوظائف أو الآليات الجزيئية التي يتم استغلالها (الجدول 60.1). ومع ذلك ، فإن معظم أمثلة هندسة السموم تتضمن سمومًا ذات أهداف داخل الخلايا ، وخاصة سم الدفتيريا ، والتي تعد بالتأكيد واحدة من أكثر السموم التي يتم التلاعب بها على نطاق واسع (Chenal وآخرون.، 2002a) (الشكل 60.2).

    الشكل 60.2. أمثلة على هندسة سموم الخناق. انظر النص للمراجع.