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In che modo un'ampia varietà di batteri, sia patogeni che commensali, sopravvive agli antimicrobici rilasciati dal sistema immunitario innato dei mammiferi?
La risposta per uno degli antimicrobici:ipotiocianite/acido ipotiociano o OSCN – e HOSCN, è stato segnalato da Michael Gray, Ph.D., e colleghi attraverso la scoperta di un nuovo ruolo per un enzima in E. coli. Questa attività precedentemente sconosciuta è esibita anche da enzimi omologhi presenti nei batteri patogeni Streptococcus e Staphylococcus e in diversi microbi intestinali commensali.
"Durante l'infiammazione, il sistema immunitario umano rilascia una varietà di antimicrobici reattivi e dannosi destinati a combattere gli agenti patogeni invasori", ha affermato Gray, assistente professore presso l'Università dell'Alabama presso il Dipartimento di microbiologia di Birmingham. "Capire come i batteri possono eludere questi potenti ossidanti, compresi gli acidi ipoalogeni come HOSCN, è fondamentale per la salute umana.
"Identificando la funzione dell'enzima RclA nell'organismo modello E. coli, che in particolare è in grado di competere con organismi commensali e prosperare in un intestino infiammato, abbiamo gettato le basi per comprendere la sopravvivenza batterica e la relazione con il sistema immunitario umano in modi che prima non erano stati compresi", ha detto Gray.
"E. coli prospera soprattutto nell'ambiente cronicamente infiammato che si trova nei pazienti con malattie infiammatorie intestinali ed è in grado di competere e superare altri importanti organismi commensali, suggerendo che HOSCN potrebbe essere un antimicrobico rilevante nell'intestino, che non è stato precedentemente esplorato", ha detto.
HOSCN è noto per essere abbondante nella saliva e nelle secrezioni delle vie aeree come antimicrobico altamente specifico che è quasi innocuo per le cellule dei mammiferi. Tuttavia, alcuni microbi, inclusi gli agenti patogeni, possono sfuggire al danno HOSCN durante l'infiammazione, consentendo una crescita continua e malattie anche gravi.
Segnalazione sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences , i ricercatori guidati da Gray e Frederick Stull, assistente professore di chimica presso la Western Michigan University, Kalamazoo, spiegano che la flavoproteina di E. coli RclA riduce l'HOSCN a tiocianato innocuo con un'efficienza catalitica quasi perfetta e questa attività estremamente rapida protegge fortemente l'E. coli contro la tossicità HOSCN. HOSCN sembra quindi essere il substrato fisiologicamente rilevante per RclA, dice Gray, piuttosto che la sua capacità precedentemente descritta di resistere modestamente al cloro reattivo.
I ricercatori hanno anche testato le omologhe ossidoreduttasi flavina-dipendenti trovate in Streptococcus pneumonia, Staphylococcus aureus e in Bacteroides thetaiotaomicron. S. pneumonia e S. aureus sono patogeni noti per colonizzare i tessuti durante l'infiammazione cronica, specialmente nei polmoni, dove dovrebbero entrare in contatto con alte concentrazioni di HOSCN. B. thetaiotaomicron è un importante commensale intestinale umano.
Le loro tre ossidoreduttasi dipendenti dalla flavina, che mostrano un'identità di sequenza di amminoacidi dal 47% al 49% con E. coli RclA, sono state clonate in E. coli, dove hanno tutte mostrato una potente attività contro HOSCN. I siti attivi di RclA e i tre omologhi mostrano una stretta identità di sequenza di amminoacidi.
HOSCN agisce ossidando rapidamente gli amminoacidi contenenti zolfo nelle proteine batteriche, in particolare la cisteina. Le ossidoreduttasi come RclA contengono due residui di cisteina nel loro sito attivo. Queste due cisteine presumibilmente sono importanti per la funzione dell'enzima, ma sono un bersaglio molto probabile per HOSCN. I ricercatori hanno dimostrato che ogni cisteina del sito attivo in RclA era necessaria per la funzione di RclA e che agiscono insieme per ridurre rapidamente HOSCN, utilizzando NAD(P)H.
"Forse la nostra scoperta più interessante è che gli omologhi di RclA, comprese le specie commensali intestinali B. thetaiotaomicron e Limosilactobacillus reuteri e da specie implicate in gravi malattie polmonari, proteggono dal danno HOSCN nella stessa misura di E. coli RclA", ha detto Gray. "Ciò indica che un'ampia gamma di batteri, sia commensali che patogeni, può possedere difese specifiche contro lo stress HOSCN. Imparare di più sulla portata della protezione fornita da questo enzima alle specie patogene ci farà acquisire una migliore conoscenza su potenzialmente un'ampia gamma di malattie, tra cui fibrosi cistica, malattie infiammatorie intestinali e malattie orali."
"Anche se non abbiamo ancora affrontato direttamente l'effetto di questo enzima sulla colonizzazione dell'ospite in vivo, abbiamo gettato una base importante per studi futuri con i dati che abbiamo raccolto qui", ha detto Gray. + Esplora ulteriormente
