فلاجلينا: الهيكل والوظائف - مادة الاحياء - 2025

و فلاجيلين هو بروتين من خيوط، وهو الهيكل الذي هو جزء من سياط من البكتيريا. الغالبية العظمى من البكتيريا لديها نوع واحد فقط من السوط. ومع ذلك ، لدى البعض أكثر من اثنين.

يتراوح الحجم الجزيئي لهذا البروتين بين 30 و 60 كيلو دالتون. على سبيل المثال ، في Enterobacteriaceae ، يكون حجمها الجزيئي كبيرًا ، بينما يكون صغيرًا في بعض بكتيريا المياه العذبة.

المصدر: مرفق المجهر الإلكتروني لدارتماوث ، كلية دارتموث

فلاجيلين هو عامل ضراوة يسمح بالتصاق الخلايا المضيفة وغزوها. بالإضافة إلى ذلك ، فهو منشط قوي للعديد من أنواع الخلايا المشاركة في الاستجابة المناعية الفطرية والتكيفية.

البنية التحتية للجلد والتنقل

يرتكز السوط على سطح الخلية. وتتكون من ثلاثة أجزاء: 1) الفتيل الذي يمتد من سطح الخلية وهو عبارة عن هيكل أسطواني صلب مجوف. 2) الجسم القاعدي ، وهو جزء لا يتجزأ من جدار الخلية وطبقات الأغشية ، مكونًا عدة حلقات ؛ و 3) الخطاف ، وهو هيكل منحني قصير يصل الجسم القاعدي بالخيوط.

الجسم القاعدي هو الجزء الأكثر تعقيدًا في السوط. في البكتيريا سالبة الجرام لها أربع حلقات متصلة بعمود مركزي. في الجرام الموجب له حلقتان. تحدث الحركة الدورانية للجلد في الجسم القاعدي.

يختلف موقع الأسواط على سطح البكتيريا اختلافًا كبيرًا بين الكائنات الحية ، وقد يكون: 1) أحاديًا ، مع سوط واحد فقط ؛ 2) قطبي ، مع اثنين أو أكثر ؛ أو 3) peritrichous ، مع العديد من الأسواط الجانبية. هناك أيضًا endoflagella ، كما هو الحال في spirochetes ، والتي تقع في الفضاء periplasmic.

هيليكوباكتر بيلوري متحركة للغاية لأنها تحتوي على ستة إلى ثمانية أسواط أحادية القطب. إن تدرج الأس الهيدروجيني عبر المخاط يسمح للحلوية البوابية بتوجيه نفسها وتثبيتها في منطقة مجاورة للخلايا الظهارية. يحتوي Pseudomonas على سوط قطبي ، والذي يظهر انجذاب كيميائي من السكريات ويرتبط بالضراوة.

هيكل فلاجيلين

من السمات اللافتة للنظر في تسلسل بروتين فلاجيلين أن مناطقها الطرفية N ومحطاتها الطرفية محفوظة بشكل كبير ، في حين أن المنطقة المركزية متغيرة للغاية بين الأنواع والأنواع الفرعية من نفس الجنس. هذا التغير المفرط هو المسؤول عن مئات الأنماط المصلية من Salmonella spp.

تتفاعل جزيئات فلاجيلين مع بعضها البعض من خلال المناطق الطرفية وتتبلمر لتشكيل خيوط. في هذا ، تقع المناطق الطرفية باتجاه الداخل من الهيكل الأسطواني للخيوط ، في حين أن الجزء المركزي مكشوف نحو الخارج.

على عكس خيوط التوبولين التي تزيل البلمرة في حالة عدم وجود الأملاح ، فإن خيوط البكتيريا مستقرة جدًا في الماء. حوالي 20000 وحدة فرعية من التوبولين تشكل خيطًا.

يتبلمر نوعان من فلاجيلين في خيوط الحلزونية البوابية و Pseudomonas aeruginosa: FlaA و FlaB ، المشفرة بواسطة جين fliC. FlaAs غير متجانسة وتنقسم إلى عدة مجموعات فرعية ، مع كتل جزيئية تتراوح بين 45 و 52 كيلو دالتون. FlaB متجانس كتلته الجزيئية 53 كيلو دالتون.

في كثير من الأحيان يتم ميثلة بقايا اللايسين من السوط. بالإضافة إلى ذلك ، هناك تعديلات أخرى مثل الارتباط بالجليكوزيل لـ FlaA والفسفرة لبقايا التيروزين في FlaB ، والتي تتمثل وظائفها ، على التوالي ، في الضراوة وإشارة التصدير.

نمو الخيوط السوطية في البكتيريا

يمكن القضاء على آفة البكتيريا تجريبياً ، ويمكن دراسة تجديدها. يتم نقل الوحدات الفرعية السوطية عبر المنطقة الداخلية لهذا الهيكل. عندما تصل إلى الحد الأقصى ، تضاف الوحدات الفرعية تلقائيًا بمساعدة بروتين ("بروتين كاب") يسمى HAP2 أو FliD.

يتم تركيب الخيوط عن طريق التجميع الخاص ؛ أي أن بلمرة فلاجيلين لا تتطلب إنزيمات أو عوامل.

تم العثور على المعلومات الخاصة بتجميع الفتيل في الوحدة الفرعية نفسها. وهكذا ، تتبلمر الوحدات الفرعية فلاجيلين لتشكل أحد عشر خيوطًا أولية ، والتي تشكل واحدة كاملة.

يتم تثبيط تخليق فلاجيلين لـ P. aeruginosa و Proteus mirabilis بواسطة المضادات الحيوية مثل الإريثروميسين والكلاريثروميسين والأزيثروميسين.

فلاجيلين كمنشط لجهاز المناعة

أظهرت الدراسات الأولى أن فلاجيلين ، بتركيزات تحت النانومولار ، من السالمونيلا ، هو محفز قوي للسيتوكينات في خط الخلية البروموني.

بعد ذلك ، تبين أن تحريض الاستجابة المؤيدة للالتهابات ينطوي على تفاعل بين فلاجيلين والمستقبلات على سطح خلايا الجهاز المناعي الفطري.

المستقبلات السطحية التي تتفاعل مع فلاجيلين هي من النوع الخامس (TLR5). بعد ذلك ، أظهرت الدراسات التي أجريت على فلاجيلين المؤتلف أنه عندما يفتقر إلى المنطقة شديدة التغير ، فإنه غير قادر على إحداث استجابة مناعية.

توجد TLR5s في خلايا الجهاز المناعي ، مثل الخلايا الليمفاوية ، العدلات ، وحيدات ، الضامة ، الخلايا التغصنية ، الخلايا الظهارية ، والعقد الليمفاوية. في الأمعاء ، ينظم TLR5 تكوين الجراثيم.

عادة ما تستخدم البكتيريا سالبة الجرام النظام الإفرازي من النوع الثالث لنقل فلاجيلين إلى سيتوبلازم الخلية المضيفة ، مما يؤدي إلى سلسلة من الأحداث داخل الخلايا. وهكذا ، يتم التعرف على فلاجيلين في الوسط داخل الخلايا بواسطة بروتينات من عائلة NAIP (بروتين مثبط موت الخلايا المبرمج / عائلة NLR).

بعد ذلك ، يتفاعل مركب فلاجيلين- NAIP5 / 6 مع مستقبلات تشبه NOD ، مما يولد استجابة المضيف للعدوى والضرر.

فلاجيلين والنباتات

تتعرف النباتات على هذا البروتين عبر مسار استشعار فلاجيلين 2 (FLS2). هذا الأخير هو كيناز مستقبلات غنية بالليوسين ومماثل لـ TLR5. يتفاعل FLS مع المنطقة الطرفية N من فلاجيلين.

ينتج ربط فلاجيلين بـ FLS2 فسفرة مسار كيناز MAP ، والذي يتوج بتخليق البروتينات التي تتوسط في الحماية من العدوى بالفطريات والبكتيريا.

في بعض نباتات الباذنجان ، يمكن أن يرتبط السوط أيضًا بمستقبل FLS3. وبهذه الطريقة ، فإنها تحمي نفسها من مسببات الأمراض التي تتجنب الدفاع بوساطة FLS2.

فلاجيلين كعامل مساعد

المادة المساعدة هي مادة تزيد من الاستجابة الخلوية أو الخلطية لمستضد. نظرًا لأن العديد من اللقاحات تنتج استجابة مناعية ضعيفة ، فإن المواد المساعدة الجيدة ضرورية.

أظهرت العديد من الدراسات فعالية فلاجيلين كمساعد. تتكون هذه التحقيقات من استخدام فلاجيلين المؤتلف في اللقاحات ، وتقييمها باستخدام نماذج حيوانية. ومع ذلك ، فإن هذا البروتين لم يجتاز المرحلة الأولى من التجارب السريرية.

من بين السوطيات المؤتلفة التي تمت دراستها: فلاجيلين - حاتمة 1 من فيروس الأنفلونزا الهيماتوغلوتينين ؛ حاتمة فلاجيلين من البلهارسيا المنسونية ؛ فلاجيلين - سم مستقر للحرارة من الإشريكية القولونية ؛ فلاجيلين - بروتين سطح البلازموديوم 1 ؛ و فلاجيلين - بروتين مغلف لفيروس النيل ، من بين المؤتلات الأخرى.

هناك بعض المزايا لاستخدام فلاجيلين كعامل مساعد في اللقاحات للاستخدام البشري. هذه المزايا هي كما يلي:

1) إنه فعال بجرعات منخفضة للغاية.

2) أنها لا تحفز استجابة IgE.

3) يمكن إدخال تسلسل مادة مساعدة أخرى ، Ag ، في تسلسل فلاجيلين دون التأثير على مسار إشارات السياط عبر TLR5.

استخدامات أخرى من فلاجيلين

نظرًا لأن جينات السوط تظهر تنوعًا واسعًا ، فيمكن استخدامها لاكتشافات محددة ، أو لتحديد الأنواع أو السلالات.

على سبيل المثال ، تم استخدام مزيج PCR / RFLP لدراسة توزيع وتعدد الأشكال لجينات فلاجيلين في عزلات E. coli من أمريكا الشمالية.

المراجع

1. Hajam، IA، Dar، PA، Shahnawaz، I.، Jaume، JC، Lee، JH 2017. فلاجيلين بكتيري - عامل مناعي قوي. الطب التجريبي والجزيئي ، 49 ، e373.
2. Kawamura-Sato، K.، Inuma، Y.، Hasegawa، T.، Horii، T.، Yamashino، T.، Ohta، M. 2000. تأثير التركيزات شبه المثبطة للماكروليدات على التعبير عن فلاجيلين في Pseudomonas aeruginosa و Proteus mirabilis. عوامل مضادات الميكروبات والعلاج الكيميائي ، 44: 2869-2872.
3. ميزل ، إس بي ، بيتس ، جيه تي 2010. فلاجيلين كعامل مساعد: الآليات الخلوية والإمكانات. مجلة علم المناعة، 185، 5677-5682.
4. بريسكوت ، إل إم ، هارلي ، جي بي ، كلاين ، إس دي 2002. علم الأحياء الدقيقة. ماك جراو هيل ، نيويورك.
5. Schaechter، M. 2009. الموسوعة المكتبية لعلم الأحياء الدقيقة. المطبعة الأكاديمية ، سان دييغو.
6. Winstanley، C.، Morgan، AW 1997. جين فلاجيلين البكتيري كمؤشر بيولوجي للكشف وعلم الوراثة السكانية والتحليل الوبائي. علم الأحياء الدقيقة، 143 ، 3071-3084.