FLAGELINA: STRUKTUR DAN FUNGSI - BIOLOGI - 2026

The flagellin adalah protein filamen, yang merupakan struktur yang adalah sebahagian daripada flagella bakteria. Sebilangan besar bakteria hanya mempunyai satu jenis flagellin. Namun, ada yang mempunyai lebih dari dua.

Saiz molekul protein ini berbeza antara 30 kDa dan 60 kDa. Contohnya, di Enterobacteriaceae ukuran molekulnya besar, sementara bakteria air tawar tertentu kecil.

Sumber: Kemudahan Mikroskop Elektron Dartmouth, Dartmouth College

Flagellin adalah faktor virulensi yang membolehkan lekatan dan pencerobohan sel inang. Di samping itu, ia adalah penggerak kuat dari banyak jenis sel yang terlibat dalam tindak balas imun semula jadi dan adaptif.

Ultrastruktur flagellum dan mobiliti

Flagel berlabuh ke permukaan sel. Ini terdiri daripada tiga bahagian: 1) filamen, yang memanjang dari permukaan sel dan merupakan struktur silinder berongga yang kaku; 2) badan basal, yang tertanam di dinding sel dan lapisan membran, membentuk beberapa cincin; dan 3) cangkuk, struktur melengkung pendek yang bergabung dengan badan basal ke filamen.

Badan basal adalah bahagian yang paling kompleks dari flagellum. Dalam gram negatif bakteria mempunyai empat cincin yang dihubungkan ke lajur tengah. Dalam gram positif ia mempunyai dua cincin. Pergerakan putaran flagellum berlaku di badan basal.

Lokasi flagella di permukaan bakteria sangat berbeza antara organisma, dan mungkin: 1) monoterik, dengan hanya satu flagella; 2) kutub, dengan dua atau lebih; atau 3) berbahaya, dengan banyak flagela lateral. Terdapat juga endoflagella, seperti pada spirochetes, yang terletak di ruang periplasma.

Helicobacter pylori sangat mudah alih kerana mempunyai enam hingga lapan flagella unipolar. Kecerunan pH melalui lendir membolehkan H. pylori mengorientasikan diri dan menetap di kawasan yang berdekatan dengan sel epitelium. Pseudomonas mempunyai flagel polar, yang menunjukkan chemotaxis dari gula dan dikaitkan dengan virulensi.

Struktur flagellin

Ciri menarik dari urutan protein flagellin adalah bahawa kawasan terminal-N dan terminal-Cnya sangat terpelihara, sementara wilayah tengahnya sangat berubah-ubah antara spesies dan subspesies genus yang sama. Kebolehperubahan yang tinggi ini bertanggungjawab untuk ratusan serotip Salmonella spp.

Molekul flagellin saling berinteraksi melalui kawasan terminal dan berpolimerisasi untuk membentuk filamen. Di sini, daerah terminal terletak ke arah dalam struktur silinder filamen, sementara pusatnya terdedah ke arah luar.

Tidak seperti filamen tubulin yang depolimerisasi sekiranya tiada garam, bakteria sangat stabil di dalam air. Kira-kira 20,000 subunit tubulin membentuk filamen.

Dua jenis flagellin berpolimerisasi dalam filamen H. pylori dan Pseudomonas aeruginosa: FlaA dan FlaB, dikodkan oleh gen fliC. FlaAs heterogen dan dibahagikan kepada beberapa subkumpulan, dengan massa molekul bervariasi antara 45 dan 52 kDa. FlaB homogen dengan jisim molekul 53 kDa.

Selalunya sisa-sisa lisin flagelin dimetilasi. Tambahan pula, terdapat pengubahsuaian lain seperti glikosilasi FlaA dan fosforilasi residu tirosin FlaB, yang fungsinya masing-masing adalah isyarat virulensi dan eksport.

Pertumbuhan filamen flagellar dalam bakteria

Bencana bakteria dapat dihilangkan secara eksperimen, dan pertumbuhannya dapat dikaji. Subun flagellin diangkut melalui kawasan dalaman struktur ini. Apabila mencapai tahap yang ekstrim, subunit ditambahkan secara spontan dengan bantuan protein ("cap protein") yang disebut HAP2 atau FliD.

Sintesis filamen berlaku dengan pemasangan sendiri; iaitu, pempolimeran flagellin tidak memerlukan enzim atau faktor.

Maklumat untuk pemasangan filamen terdapat di subunit itu sendiri. Oleh itu, subunit flagellin berpolimerisasi untuk membentuk sebelas protofilamen, yang membentuk satu lengkap.

Sintesis flagellin P. aeruginosa dan Proteus mirabilis dihambat oleh antibiotik seperti eritromisin, clarithromycin, dan azithromycin.

Flagellin sebagai penggerak sistem imun

Kajian pertama menunjukkan bahawa flagellin, pada kepekatan subnanomolar, dari Salmonella, adalah pemicu kuat sitokin dalam garis sel promonositik.

Selepas itu, ditunjukkan bahawa induksi tindak balas pro-radang melibatkan interaksi antara flagellin dan permukaan reseptor sel-sel sistem imun bawaan.

Reseptor permukaan yang berinteraksi dengan flagellin adalah jenis tol-5 (TLR5). Selanjutnya, kajian dengan flagellin rekombinan menunjukkan bahawa, ketika tidak memiliki wilayah hipervariabel, tidak dapat menyebabkan tindak balas imun.

TLR5s terdapat dalam sel-sel sistem imun, seperti limfosit, neutrofil, monosit, makrofag, sel dendritik, sel epitelium, dan kelenjar getah bening. Di dalam usus, TLR5 mengatur komposisi mikrobiota.

Bakteria gram negatif biasanya menggunakan sistem sekresi jenis-III untuk mengalihkan flagellin ke sitoplasma sel inang, memicu serangkaian kejadian intraselular. Oleh itu, flagellin dalam persekitaran intraselular diakui oleh protein dari keluarga NAIP (protein penghambat apoptosis / keluarga NLR).

Selepas itu, kompleks flagellin-NAIP5 / 6 berinteraksi dengan reseptor seperti NOD, yang menghasilkan tindak balas tuan rumah terhadap jangkitan dan kerosakan.

Flagellin dan tumbuh-tumbuhan

Tumbuhan mengenali protein ini melalui jalur flagellin sensing 2 (FLS2). Yang terakhir adalah kinase reseptor kaya leukin dan homolog dengan TLR5. FLS ”berinteraksi dengan wilayah N-terminal flagellin.

Pengikatan flagellin ke FLS2 menghasilkan fosforilasi jalur MAP kinase, yang berpuncak pada sintesis protein yang menjadi perantara perlindungan terhadap jangkitan oleh kulat dan bakteria.

Di beberapa tanaman nighthade, flagellin juga dapat mengikat reseptor FLS3. Dengan cara ini, mereka melindungi diri dari patogen yang menghindari pertahanan yang dimediasi oleh FLS2.

Flagellin sebagai pelengkap

Bahan pelengkap adalah bahan yang meningkatkan tindak balas selular atau humoral terhadap antigen. Oleh kerana banyak vaksin menghasilkan tindak balas imun yang lemah, penambah baik perlu dilakukan.

Banyak kajian menunjukkan keberkesanan flagellin sebagai bahan tambahan. Penyelidikan ini terdiri dari penggunaan flagellin rekombinan dalam vaksin, dinilai menggunakan model haiwan. Walau bagaimanapun, protein ini belum melalui fasa I ujian klinikal.

Antara flagellin rekombinan yang dikaji adalah: flagellin - epitope 1 dari hematoglutinin virus influenza; flagellin-epitope Schistosoma mansoni; flagellin - toksin stabil haba dari E. coli; flagellin - protein permukaan Plasmodium 1; dan flagellin - protein sampul virus Sungai Nil, di antara rekombinan lain.

Terdapat beberapa kelebihan menggunakan flagellin sebagai bahan tambahan dalam vaksin untuk penggunaan manusia. Kelebihan ini adalah seperti berikut:

1) Ia berkesan pada dos yang sangat rendah.

2) Mereka tidak merangsang tindak balas IgE.

3) Urutan pelengkap lain, Ag, dapat dimasukkan ke dalam urutan flagellin tanpa mempengaruhi jalur isyarat flagellin melalui TLR5.

Kegunaan flagellin yang lain

Kerana gen flagellin menunjukkan variasi yang luas, gen ini dapat digunakan untuk pengesanan tertentu, atau untuk pengenalan spesies atau strain.

Sebagai contoh, gabungan PCR / RFLP telah digunakan untuk mengkaji taburan dan polimorfisme gen flagellin di isolat E. coli dari Amerika Utara.

Rujukan

1. Hajam, IA, Dar, PA, Shahnawaz, I., Jaume, JC, Lee, JH 2017. Bakteria flagellin - agen imunomodulator yang kuat. Perubatan Eksperimen dan Molekul, 49, e373.
2. Kawamura-Sato, K., Inuma, Y., Hasegawa, T., Horii, T., Yamashino, T., Ohta, M. 2000. Kesan kepekatan subrolin makrolida terhadap ekspresi flagellin dalam Pseudomonas aeruginosa dan Proteus mirabilis. Ejen Antimikrob dan Kemoterapi, 44: 2869–2872.
3. Mizel, SB, Bates, JT 2010. Flagellin sebagai pelengkap: mekanisme selular dan potensi. Jurnal Imunologi, 185, 5677-5682.
4. Prescott, LM, Harley, JP, Klain, SD 2002. Mikrobiologi. Mc Graw-Hill, New York.
5. Schaechter, M. 2009. Ensiklopedia mikrobiologi meja. Akademik Akhbar, San Diego.
6. Winstanley, C., Morgan, AW 1997. Gen flagellin bakteria sebagai biomarker untuk pengesanan, genetik populasi dan analisis epidemiologi. Mikrobiologi, 143, 3071-3084.