Flagelina: struktur dan fungsi

Flagelina: struktur dan fungsi

flagellin adalah protein dari filamen, yang merupakan struktur yang merupakan bagian dari flagela bakteri. Sebagian besar bakteri hanya memiliki satu jenis flagelin. Namun, beberapa memiliki lebih dari dua.

Ukuran molekul protein ini bervariasi antara 30 kDa dan 60 kDa. Misalnya pada enterobacteria ukuran molekulnya besar, sedangkan pada bakteri air tawar tertentu kecil.

Sumber: Fasilitas Mikroskop Elektron Dartmouth, Dartmouth College [Domain publik]

Flagelin merupakan faktor virulensi yang memungkinkan terjadinya adhesi dan invasi sel inang. Selain itu, ini adalah aktivator kuat dari banyak jenis sel yang terlibat dalam respon imun bawaan dan adaptif.

Indeks artikel

Ultrastruktur dan mobilitas flagel

Flagel berlabuh ke permukaan sel. Ini terdiri dari tiga bagian: 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) pengait, struktur melengkung pendek yang menghubungkan badan basal dengan filamen.

Badan basal adalah bagian paling kompleks dari flagel. Pada bakteri gram negatif memiliki empat cincin yang terhubung ke kolom pusat. Dalam gram positif ia memiliki dua cincin. Gerakan rotasi flagel terjadi di tubuh basal.

Lokasi flagela pada permukaan bakteri sangat bervariasi antar organisme, dan dapat berupa: 1) monoterik, dengan hanya satu flagela; 2) kutub, dengan dua atau lebih; atau 3) peritrik, dengan banyak flagela lateral. Ada juga endoflagella, seperti pada spirochetes, yang terletak di ruang periplasma.

Helicobacter pylori sangat mobile karena memiliki enam sampai delapan flagela unipolar. Gradien pH melalui lendir memungkinkan H. pylori untuk menyesuaikan diri dan membangun dirinya di daerah yang berdekatan dengan sel epitel. Pseudomonas memiliki flagel kutub, yang menunjukkan kemotaksis gula dan dikaitkan dengan virulensi.

Struktur flagelin

Sebuah fitur mencolok dari urutan protein flagelin adalah bahwa daerah N-terminal dan C-terminal sangat lestari, sedangkan wilayah tengah sangat bervariasi antara spesies dan subspesies dari genus yang sama. Hipervariabilitas ini bertanggung jawab atas ratusan serotipe Salmonella spp.

Molekul flagelin berinteraksi satu sama lain melalui daerah terminal dan berpolimerisasi untuk membentuk filamen. Dalam hal ini, daerah terminal mengarah ke bagian dalam struktur silinder filamen, sedangkan bagian tengahnya menghadap ke luar.

Tidak seperti filamen tubulin yang mengalami depolimerisasi tanpa adanya garam, filamen bakteri sangat stabil dalam air. Sekitar 20.000 subunit tubulin membentuk filamen.

Dua jenis flagelin berpolimerisasi dalam filamen H. pylori dan Pseudomonas aeruginosa : FlaA dan FlaB, dikodekan oleh gen fliC. FlaA bersifat heterogen dan dibagi menjadi beberapa subkelompok, dengan massa molekul yang bervariasi antara 45 dan 52 kDa. FlaB bersifat homogen dengan massa molekul 53 kDa.

Sering kali, residu lisin dari flagelin dimetilasi. Selain itu, ada modifikasi lain seperti glikosilasi FlaA dan fosforilasi residu tirosin FlaB, yang fungsinya masing-masing adalah virulensi dan sinyal ekspor.

Pertumbuhan filamen flagellar pada bakteri

Momok bakteri dapat dihilangkan secara eksperimental, sehingga memungkinkan untuk mempelajari regenerasinya. Subunit flagelin diangkut melalui wilayah internal struktur ini. Ketika mereka mencapai ekstrim, subunit ditambahkan secara spontan dengan bantuan protein (“cap protein”) yang disebut HAP2 atau FliD.

Sintesis filamen berlangsung melalui perakitannya sendiri; yaitu, polimerisasi flagelin tidak memerlukan enzim atau faktor.

Informasi untuk perakitan filamen ditemukan di subunit itu sendiri. Dengan demikian, subunit flagelin berpolimerisasi untuk membentuk sebelas protofilamen, yang membentuk satu protofilamen lengkap.

Sintesis flagelin P. aeruginosa dan Proteus mirabilis dihambat oleh antibiotik seperti eritromisin, klaritromisin, dan azitromisin.

Flagelin sebagai penggerak sistem kekebalan tubuh

Studi pertama menunjukkan bahwa flagelin, pada konsentrasi subnanomolar, dari Salmonella, adalah penginduksi sitokin yang poten dalam garis sel promonositik.

Selanjutnya, ditunjukkan bahwa induksi respons pro-inflamasi melibatkan interaksi antara flagelin dan reseptor permukaan sel-sel sistem kekebalan bawaan.

Reseptor permukaan yang berinteraksi dengan flagelin adalah tipe toll-5 (TLR5). Selanjutnya, penelitian dengan flagelin rekombinan menunjukkan bahwa, ketika tidak memiliki daerah hipervariabel, ia tidak dapat menginduksi respon imun.

TLR5 hadir dalam sel-sel sistem kekebalan, seperti limfosit, neutrofil, monosit, makrofag, sel dendritik, sel epitel, dan kelenjar getah bening. Di usus, TLR5 mengatur komposisi mikrobiota.

Bakteri gram negatif biasanya menggunakan sistem sekretori tipe III untuk mentranslokasi flagelin ke dalam sitoplasma sel inang, memicu serangkaian peristiwa intraseluler. Dengan demikian, flagelin di lingkungan intraseluler dikenali oleh protein dari keluarga NAIP (protein inhibitor apoptosis / keluarga NLR).

Selanjutnya, kompleks flagelin-NAIP5/6 berinteraksi dengan reseptor mirip NOD, menghasilkan respons inang terhadap infeksi dan kerusakan.

Flagelin dan tumbuhan

tanaman mengenali protein ini dengan rute penginderaan dua flagellin (FLS2). Yang terakhir adalah kinase reseptor kaya pengulangan leusin dan homolog dengan TLR5. FLS ”berinteraksi dengan wilayah N-terminal flagelin.

Pengikatan flagelin ke FLS2 menghasilkan fosforilasi jalur MAP kinase, yang berpuncak pada sintesis protein yang memediasi perlindungan terhadap infeksi oleh jamur dan bakteri.

Pada beberapa tumbuhan nightshade, flagelin juga dapat berikatan dengan reseptor FLS3. Dengan cara ini, mereka melindungi diri dari patogen yang menghindari pertahanan yang dimediasi oleh FLS2.

Flagelin sebagai adjuvant

Ajuvan adalah bahan yang meningkatkan respons seluler atau humoral terhadap antigen. Karena banyak vaksin menghasilkan respon imun yang buruk, adjuvant yang baik diperlukan.

Sejumlah penelitian menunjukkan efektivitas flagelin sebagai adjuvant. Investigasi ini terdiri dari penggunaan flagelin rekombinan dalam vaksin, dievaluasi menggunakan caral hewan. Namun, protein ini belum lulus uji klinis Fase I.

Di antara flagelin rekombinan yang dipelajari adalah: flagelin – epitop 1 dari virus influenza hematoglutinin; flagelin-epitop Schistosoma mansoni ; flagellin – toksin yang stabil terhadap panas dari E. coli ; flagelin – protein permukaan Plasmodium 1 ; dan flagelin – protein selubung virus Nil, di antara rekombinan lainnya.

Ada beberapa keuntungan menggunakan flagelin sebagai bahan pembantu dalam vaksin untuk penggunaan manusia. Keunggulan tersebut adalah sebagai berikut:

1) Efektif pada dosis yang sangat rendah.

2) Mereka tidak merangsang respon IgE.

3) Urutan ajuvan lain, Ag, dapat dimasukkan ke dalam urutan flagelin tanpa mempengaruhi jalur sinyal flagelin melalui TLR5.

Kegunaan lain dari flagelin

Karena gen flagelin menunjukkan variasi yang luas, mereka dapat digunakan untuk membuat deteksi spesifik, atau untuk mencapai identifikasi spesies atau strain.

Sebagai contoh, kombinasi PCR/RFLP telah digunakan untuk mempelajari distribusi dan polimorfisme gen flagelin pada isolat E.coli dari Amerika Utara.

Referensi

  1. Hajam, IA, Dar, PA, Shahnawaz, I., Jaume, JC, Lee, JH 2017. Flagelin bakteri – agen imunomodulator yang kuat. Kedokteran Eksperimental dan Molekuler, 49, e373.
  2. Kawamura-Sato, K., Inuma, Y., Hasegawa, T., Horii, T., Yamashino, T., Ohta, M. 2000. Pengaruh konsentrasi subinhibitory macrolide pada ekspresi flagellin di Pseudomonas aeruginosa dan Proteus mirabilis . Agen Antimikroba dan Kemoterapi, 44: 2869-2872.
  3. Mizel, SB, Bates, JT 2010. Flagellin sebagai ajuvan: mekanisme dan potensi seluler. Jurnal Imunologi, 185, 5677-5682.
  4. Prescott, LM, Harley, JP, Klain, SD 2002. Mikrobiologi. Mc Graw-Hill, New York.
  5. Schaechter, M. 2009. Ensiklopedia meja mikrobiologi. Pers Akademik, San Diego.
  6. Winstanley, C., Morgan, AW 1997. Gen flagelin bakteri sebagai biomarker untuk deteksi, genetika populasi dan analisis epidemiologi. Mikrobiologi, 143, 3071-3084.