Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
Melanina jako czynnik wirulencji u mikroorganizmów chorobotwórczych i…
Melanina jako czynnik wirulencji u mikroorganizmów chorobotwórczych
i pasożytniczych
melanina u bakterii glebowych
tyrozynaza w sekretomach promieniowców (Streptomycetes)
produkcja melaniny u innych bakterii wolnożyjących
melanogeneza u
Azotobacter
i
Rhizobium
przyswajanie wolnego azotu – detoksykacja prod. katabolizmu fenoli i/lub zapewnienie środowiska beztlenowego dla redukcji azotu, PPO - Lakkazy
operon MelD u S. antibioticus – homologiczny z MelC
w trakcie dywergentnego nabywania nowych kompetencji (mutacja nie uniemożliwia produkcji melaniny, ale uwrażliwia na niektóre fenole).
melaniny u bakterii chorobotwórczych
Vibrio cholerae
szczepy wolnożyjące – piomelanina lub brak pigmentacji (HPPD, HPPH), produkująca kwas homogentyzynowy – polimeryzacja do piomelaniny)
szczepy chorobotwórcze - zdolność do produkcji dopamelaniny i feomelaniny (HTX-3) w warunkach stresu
Proteus mirabilis
tyrozynaza; odporność na szok oksydacyjny i wybuch tlenowy
zakażenia dróg moczowych
Burkholderia cepacia
zdolność do zmiatania ROS. Upigmentowane szczepy przeżywają w fagocytach i produkując LPS wywołują sepsę albo chroniczny stan zapalny
zapalenie płuc i sepsa
Legionella pneumophila
legiolizyna m.in. - produkcja pigmentu i zdolności hemolityczne. Ekspresja HPPD regulowana wspólnie z innymi czynnikami wirulencji.
choroba legionistów
Klebsiella pneumoniae
Niektóre inne bakterie chorobotwórcze, u których znaleziono sekwencje homologiczne do PPO grzybów:
Escherichia coli, Bordetella pertusis, Pseudomonas aeruginosa, Campylobacter jejuni, Yersinia pestis, Mycobacterium leprae
wywołuje zapalenie płuc
produkuje HPA
grzyby chorobotwórcze
Grzybice głębokie o porównywalnych rokowaniach do złośliwych nowotworów
Melanina, produkowana głównie przez lakkazy i PKS (z dopa i DHN) – czynnik wirulencji
myszy zakażane szczepami
Cryptococcus neoformans
pozbawionymi lakkazy (nieupigmentowanymi) miały znacząco dłuższy czas przeżycia, a wirulencja wracała po transfekcji grzyba plazmidem CNLac1
deponowana w ścianie komórkowej; odporność na produkty melanogenezy (bo brak melanosomów) i inaktywacja subst. toksycznych na zewnątrz komórki
oporność na leki i procesy odpornościowe organizmu gospodarza - lizę w fagosomach, działanie reaktywnych form tlenu i azotu, działanie jonów metali
przykłady
Cryptococcus neoformans
– systemowe grzybice głębokie i skórne (zapalenie płuc i CNS)
Paracoccidioides brasiliensis
- systemowe parakokcydioidomykozy (Am. Pd.)
Sporothrix schenckii
-sporotrichoza: „choroba zbieraczy róż” wrzodziejące zapalenie skóry i dróg limfatycznych
Exophiala (Wangiella) dermatitidis
- feohypomykozy skóry i tk. łącznej
tzw. „czarne drożdże”: workowce (
Ascomycetes
) i grzyby niedoskonałe (
Deuteromycetes
); termodymorfizm plechy
glebowe formy wolnożyjące to głównie mycelia (pol. strzępki)
in vivo, bądź w temperaturze powyżej 37°C tworzą się konidia otoczone zmelanizowaną ścianą komórkową („black yeast”)
pochodzenie
Melanina u form wolnożyjących – inaktywacja substancji mykotoksycznych i mykostatycznych, produkowanych przez inne mikroorganizmy
Oporność na fagocytozę
Acanthamoeba
naturalni wrogowie grzyba w środ. glebowym trawią je z użyciem enzymów lizosomalnych. Obecność polisacharydowej otoczki obniża efektywność fagocytozy, a po inkubacji z amebami lepiej przeżywają szczepy upigmentowane
Szczepy
C. neoformans
charakteryzujące się największą wirulencją u myszy (mają otoczkę polisacharydową), aktywną lakkazę i fosfolipazę, potrafią przeżywać wewnątrz pęcherzyków fagocytarnych, dzielić się tam i doprowadzać do śmierci ameby czy makrofaga
pasożyty roślin
apresorium-forma strzępki penetrującej do wnętrza rośliny
Cochliobolus
i
Alternaria
produkują upigmentowane konidia i małe, bezbarwne apresoria
u
Colletotrichum
i
Magnaporthe
konidia są nieupigmentowane, a apresoria zawierają melaninę: mutanty albinotyczne tracą wirulencję i zdolność do penetracji w głąb tkanek roślinnych, nie potrafią przebijać ścian celulozowych ani zarażać liści ogórka
zdolność do penetrowania w głąb błon celulozowych można przywrócić poprzez transfekcję genem syntazy poliketydowej z
Alternaria alternata
wysokie ciśnienie osmotyczne (8MPa) wynika z ponad 3M stężenia glicerolu w komórce apresorium, a utrzymanie go wymaga niezwykłej szczelności błon plazmatycznych i ściany komórkowej.
obecność melaniny powoduje zmniejszenie średnicy porów do wielkości poniżej 1 nm, utrzymując przepuszczalność dla wody, oraz wzrost wytrzymałości mechanicznej ściany komórkowej
enzymy
Tyrozynazy
(EC 1.14.18.1)
katalizujące reakcje utleniania monofenoli do o-difenoli oraz o-difenoli do o-chinonów
Lakkazy
(PPO, p-difenol:tlen oksydoreduktazy EC 1.10.3.2)
1-4 atomów miedzi; niebieska oksydaza miedziowa, tak samo jak oksydaza askorbinowa i ceruloplazmina
Syntazy poliketydów
(polyketide synthase, PKS)
stare ewolucyjnie enzymy spokrewnione z syntazami kwasów tłuszczowych; do produkcji DHN-melanin
Dioksygenaza p-hydroksyfenylopirogronianu
(HPPD, inaczej
hydroksylaza p-hydroksyfenylopirogronianu
- HPPH, EC 1.13.11.27)
produkująca kwas homogentyzynowy
Hydroksylaza kwasu 4-hydroksyfenylooctowego
(HPA)
należąca do oddzielnej rodziny hydroksylaz; obok hydroksylacji kwasu 4-fenylooctowego działa na inne związki aromatyczne dając pochodne o-chinonowe (dibenzochinon), ulegające dalszej, spontanicznej polimeryzacji. Zawiera miedzi, ale nie działa na tyrozynę.
Działanie melaniny pasożyta na układ odpornościowy gospodarza
opłaszczanie lektynami i pochłanianie komórek upigmentowanych jest upośledzone najprawdopodobniej ze względu na silniej ujemny ładunek na powierzchni
melaniny w ścianach komórkowych Cryptococcus aktywują u mysich gospodarzy układ dopełniacza na drodze alternatywnej
immunogenność melanin (antygeny T-niezależne wiążą się do receptorów ig bezpośrednio na powierzchni limfocytów B) -> radioimmunokoniugaty, leczenie czerniaka
działanie immunomodulacyjne, poprzez hamowanie produkcji cytokin prozapalnych przez monocyty i limfocyty T, fibroblasty i komórki śródbłonka
melanogeneza – broń obosieczna
Grzyby symbiotyczne i saprofity
endofity – grzyby rozwijające się wewnątrz organizmów roślin
endofity mikoryzujące (przykład – Australia – różny stopień melanizacji.)
Pestalotiopsis microspora
workowiec
wndofit
tworzy upigmentowane konidia
PKS1: Polyketide synthase 1 – enzym odpowiedzialny za syntezę melaniny
PKS1: KS,AT/MT, ACP,TE; ale brakuje ER, DH,KR
Mutacja lub inhibicja produkcji melaniny powoduje produkcje dużej liczby małych konidiów i zaburzenia w konidiowaniu (3 zamiast 5)
Obecność melaniny uszczelnia ścianę komórkową, ale nie wpływa na żywotność konidiów ani na zdolność kiełkowania u tych grzybów
Melaniny u mikroorganizmów Eukariotycznych
Pierwotniaki – brak systematycznych badań, zdolność do produkcji dużych ilości prekursorów melanin
mutant „pig”
Tetrahymena termophilus
zdolny do wydzielania do podłoża dużych ilości prekursorów allomelanin: produktów utleniania katecholamin, polimeryzujących spontanicznie do melaniny. Zdolność ta wynika najprawdopodobniej z nadmiernej aktywności dekarboksylazy aminokwasów aromatycznych (dekarboksylaza L-DOPA, E.C. 4.1.1.26).
glony: bruzdnice Dinoflagellata (forma wiciowca, zaczątki ściany kom. celulozowej)
PKS-type-I – produkcja neurotoksyn i czynników przeciwnowotworowych, czynnik toksyczności w stos. do ryb
.
niektóre grzyby są zdolne do „trawienia” melaniny
operony
Streptomyces antibioticus
(promieniowiec glebowy)
Operon melC: plazmid, aktywacja za pośrednictwem L-metioniny, 2 cistrony:
melC1 (ORF438) 438 bp., – chaperonina i białko odpowiedzialne za sekrecję tyrozynazy
melC2 (ORF 816) 816 kb, - apotyrozynaza
pojęcia
biblioteki kombinatoryczne
cyklicznych peptydów – 5-krotnie większa pojemność informacyjna, niestabilne – konieczność „utrwalania” np. przez cyklizację
inteiny
– fragmenty polipeptydów i białek posiadających własną, specyficzną aktywność katalityczną, zwykle związaną z wycięciem i/lub ligacją innych fragmentów łańcucha polipeptydowego w trakcie obróbki posttranslacyjnej, powstających przejściowo w trakcie fałdowania łańcucha, bądź różnych łańcuchów polipeptydowych
Pseudostellaryna F
– cykliczny oktapeptyd – inhibitor tyrozynazy
Marinomonas mediterranea
regulacja
do produkcji pigmentu niezbędna jest tyrozynaza, ale nie lakkaza
2-stopniowy system regulacji
błonowa kinaza sensorowa
cytoplazmatyczny regulator odpowiedzi
Shewanella colwelliana
(morska, wolno żyjąca)
Monocistronowy melA o długości 1,3 kb, z otwartą ramką odczytu, której miejsce inicjacji transkrypcji znajduje się o około 115 nukleotydów powyżej domniemywanego miejsca inicjacji translacji. Białko kodowane przez gen mel zostało zidentyfikowane jako HPPH.
Klebsiella pneumoniae
Hydroksylaza kwasu 4-fenylooctowego
2 proteiny kodowane przez odrębne cistrony
hpaA
flawoproteina odpowiadająca za aktywność enzymatyczną
hpaH
białko „pomocnicze” w osiągnięciu wysokiej wydajności katalitycznej HPAA