Lizozimul ( în engleză lysozyme , din altă greacă λύσις - „dezlegare, descompunere” și enzimă ; EC 3.2.1.17) este un agent antibacterian, o enzimă din clasa hidrolazei care distruge pereții celulari ai bacteriilor prin hidroliza peptidoglicanului (mureina) . Lizozima se obține în principal din proteina ouălor de găină [1] . De asemenea, enzime similare se găsesc în organismele animale, în primul rând în locurile de contact cu mediul - în membrana mucoasă a tractului gastrointestinal, lichidul lacrimal , laptele matern, salivă , mucus nazofaringian etc. În cantități mari, lizozimul se găsește în salivă, ceea ce explică proprietățile sale antibacteriene. În laptele matern uman, concentrația de lizozim este foarte mare (aproximativ 400 mg/l). Acest lucru este mult mai mult decât la vacă. În același timp, concentrația de lizozim în laptele matern nu scade în timp; la șase luni după nașterea unui copil, aceasta începe să crească.
Lichidele care conțin lizozim, cum ar fi albușul de ou și laptele matern, au fost folosite pentru a trata infecțiile oculare încă din Roma antică. La începutul secolelor al XVIII-lea și al XIX-lea, oamenii de știință au descoperit proprietățile antibacteriene ale leucocitelor , laptelui de vacă, bacilului de fân , proteinelor din ou și mucusului nazal [2] . În special, Maurice Nicole a vorbit în 1907 despre efectul bacteriolitic al bacilului de fân [3] , iar Pavel Nikolayevich Lashchenkov în 1909 a sugerat prezența enzimelor proteolitice în proteina ouălor de găină [4] .
În 1921, Alexander Fleming , care se confruntă cu simptome asemănătoare gripei, a decis să-și cultive mucusul nazal cu microorganismul cauzator de boli. Patru zile mai târziu a reușit să crească o colonie de coci Gram-pozitivi, cărora i-a dat numele intermediar „AF coccus”. După ce și-a revenit, a decis să testeze ipoteza lui Felix d'Herelle despre rolul bacteriofagelor în formarea imunității dobândite prin adăugarea de particule din mucusul său nazal la vasele cultivate cu tulpini de pneumococi, stafilococi și bacterii cocus AF. În timpul experimentului, s-a dovedit că creșterea microorganismelor nu este împiedicată de un virus, ci de prezența unei enzime care provoacă liza bacteriană . Ulterior, această enzimă a fost descoperită de el în alte fluide biologice [5] [6] . Almroth Wright , liderul lui Fleming, a propus ca enzima să fie numită „lizozimă” și bacteriile sensibile la ea, Micrococcus lysodeikticus [2] .
După euforia inițială în căutarea agenților antibacterieni, lizozimul s-a dovedit a fi de mică valoare clinică ca agent antibacterian, iar după descoperirea penicilinei, interesul pentru lizozim a scăzut până când lizozimul albușului de ou de găină (HEWL) a fost izolat și purificat.
Structura tridimensională a lizozimei a fost obținută pentru prima dată de David Chilton Phillips (1924-1999) în 1965, când a obținut primul model folosind cristalografia cu raze X [7] [8] . Structura a fost prezentată public la o prelegere a Royal Institution în 1965 [9] . Lizozima a devenit a doua structură proteică și prima structură enzimatică care a fost obținută prin cristalografie cu raze X și prima enzimă care conține secvența completă a tuturor celor douăzeci de aminoacizi standard [10] .
HEWL este un lanț polipeptidic de 14,3 kDa care conține 129 de resturi de aminoacizi cu patru punți disulfurice intramoleculare și un punct izoelectric aproape de ≈ 11,3; este usor solubil in apa. [unsprezece]
Ca enzimă, HEWL catalizează hidroliza legăturii glicozidice B-1,4 dintre acidul N-acetilmuramic și N-acetilglucozamina din peptidoglicanul peretelui celular bacterian. Din punct de vedere istoric, această proteină este una dintre cele mai studiate proteine în domeniul biochimiei. Spre deosebire de majoritatea proteinelor, lizozimul se cristalizează ușor și aceste cristale au proprietăți de refracție bune. Structura primară completă a HEWL a fost elucidată pentru prima dată în 1963 [12] și puțin mai târziu, în 1965, a fost creată o structură tridimensională a HEWL. Descifrarea structurii tridimensionale a HEWL și a complexului HEWL-substrat a deschis calea pentru înțelegerea specificului lizozimei și a mecanismului activității sale catalitice.
Studiile privind agregarea HEWL au devenit importante atunci când mutațiile punctiforme ale lizozimei umane (cu care HEWL împărtășesc 60% identitate de secvență) s-au dovedit a se corela cu amiloidoza sistemică ereditară [13] .
Această boală rară a fost simptomatică, cu depunerea de fibrile de amiloid de lizozim uman (uneori în cantități de kilograme) în rinichi, tractul gastrointestinal, ganglioni limfatici, vase de sânge, splină și ficat. Lizozima este poate singura enzimă care formează în mod natural amiloid.
Lizozima umană este o glicozidază care funcționează ca un agent antibacterian. Lizozima umană (EC 3.2.1.17) conține 130 de reziduuri aparținând clasei de tip C și este larg distribuită în diferite țesuturi și fluide corporale, inclusiv ficatul, cartilajul articular, sângele, saliva, lichidul lacrimal și laptele [14] . Este codificat de o genă situată pe cromozomul al 12-lea și constând din 4 exoni și 3 introni. [cincisprezece]
Lizozima hidrolizează în mod predominant legăturile glicozidice B-1,4 dintre acidul N-acetilmuramic și N-acetilglucozamina conținute în structura peptidoglicanilor din peretele celular al unor microorganisme, în special bacteriilor Gram-pozitive și, prin urmare, joacă un rol în apărarea gazdei. Enzima face ca zahărul din acid muramic să fie într-o conformație tensionată, iar cu acțiunea combinată a două reziduuri cheie - acidul glutamic la poziția 35 și acidul aspartic la poziția 52 - hidrolizează legăturile glicozidice.
Lizozima este foarte exprimată în celulele hematopoietice, unde se găsește în granulocite, monocite și macrofage, precum și în precursorii acestora în măduva osoasă. Concentrația plasmatică obișnuită a lizozimului este de 4 până la 13 mg/l, dar numai urme ale acestuia pot fi observate în urina persoanelor sănătoase. Conținutul de lizozim în laptele matern este de aproximativ 0,4 mg/ml, în lichidul lacrimal 7 mg/ml, în salivă 0,2 mg/ml. În mod normal, o persoană produce aproximativ 1500 ml de salivă pe zi, care conține în total aproximativ 300 mg de lizozim. Pe baza acestor date se poate calcula că, în medie, în 1 oră, glandele salivare produc 12,5 mg de lizozimă endogenă [16] . În total, în întregul organism se produc aproximativ 500 mg de lizozim pe zi, dar durata de viață a proteinei din plasmă este foarte scurtă; 75% eluează în decurs de 1 oră, în principal prin rinichi [17] . Concentrațiile plasmatice și ale lizozimului urinar sever crescute sunt asociate cu o serie de stări patologice și au fost monitorizate de mulți ani ca posibil marker al leucemiei monocitare, dar în același timp, ca și în cazul pacienților cu tulburări mieloproliferative, cu funcție renală normală. , producția de lizozim crește de până la 4 ori.
În ultimii 30 de ani, lizozima umană și HEWL au fost folosite ca un cadru de referință pentru a studia multe aspecte ale structurii și funcției proteinelor, inclusiv stabilitatea proteinei și plierea proteinelor. Au fost identificate șase mutații care apar în mod natural în lizozima umană [18] și substituții de aminoacizi (toate situate în regiunea domeniului B a structurii native a lizozimei) [19] . Mutațiile au ca rezultat mai multe variante de proteine (I56T, F57I, W64R, D67H, T70N și F57I/T70N sau W112R/T70N). Toate aceste variante, cu excepția T70N, au fost asociate cu amiloidoza sistemică care implică rinichii, ficatul și splina [13] , în timp ce varianta non-amiloidogenă T70N este destul de comună în populația britanică normală.
În industria alimentară, este înregistrat ca aditiv alimentar E1105 (conservant).
În medicină, ca antiseptic local [20] - este principalul ingredient activ al medicamentului " Lyzobakt ", "Lyzobakt Complit", în Ucraina este utilizat sub denumirea comercială "Lysobakt" [21] . Sub denumirea de „Lyso-B”, a devenit primul medicament străin care conține lizozim înregistrat în URSS și a fost utilizat pe scară largă în Rusia din 1982 [22] . În acest timp, au fost efectuate un număr mare de studii clinice. Ei au arătat eficacitatea și siguranța medicamentului Lizobact la copii și adulți pentru tratamentul bolilor infecțioase acute ale tractului respirator superior, organelor ORL, boli inflamatorii ale parodonțiului și cavității bucale, în reabilitarea copiilor cu boli respiratorii frecvente.
În absența contraindicațiilor (alergie la proteinele din ou de găină), lizozimul poate fi luat de femei în timpul sarcinii. Deci, FDA din SUA a recunoscut profilul de siguranță ridicat al lizozimei. În acest sens, lizozimul are statutul de „supliment general recunoscut ca sigur (GRAS)” [23] . În plus, studiile imunologice la cobai, iepuri și oameni au arătat că lizozima are un potențial de sensibilizare mai mic decât alte proteine din ouă de găină.
Lizozima acţionează asupra celulelor microorganismelor în două moduri [24] .
Enzima atacă peptidoglicanii (în special mureina ), care fac parte din pereții celulari ai bacteriilor (în special o mulțime din pereții celulari ai bacteriilor gram-pozitive - până la 50-80%). Lizozima hidrolizează legătura β(1→4)-glicozidică dintre acidul N-acetilmuramic și N-acetilglucozamina . În acest caz, peptidoglicanul se leagă de locul activ al enzimei (sub formă de buzunar) situat între cele două domenii structurale ale sale. Centrul de sorbție al lizozimului reprezintă 6 buzunare (A, B, C, D, E, F), iar în A, C și E doar N-acetilglucozamina se poate lega, iar în B, D și F - atât N-acetilglucozamină, cât și N. -acid acetilmuramic. Molecula de substrat din situsul activ adoptă o conformație apropiată de cea a stării de tranziție. În conformitate cu mecanismul Phillips, lizozima se leagă de o hexazaharidă, apoi transformă al 4-lea reziduu din lanț într-o conformație de scaun răsucit. În această stare de stres, legătura glicozidică dintre centrii D și E este ușor ruptă. Inhibitorul de lizozimă este, în special, trizaharida N-acetilglucozamină, care se leagă la situsurile A, B și C inactive catalitic și previne legarea substratului.
Lizozima conține în locul activ două resturi de aminoacizi necesare catalizei: acid glutamic la poziția 35 și acid aspartic la poziția 52. Reziduurile de acid glutamic (Glu35) și acid aspartic (Asp52) sunt critice pentru funcționarea enzimei, și Asp52 este ionizat, în timp ce Glu35 nu este. Unii autori consideră că Glu35 acționează ca un donor de protoni în timpul clivajului legăturii glicozidice substrat, distrugând legătura, în timp ce Asp52 acționează ca un nucleofil în timpul formării unui intermediar, enzima glicozil. Apoi enzima glicozil reacţionează cu o moleculă de apă, în urma căreia enzima revine la starea iniţială şi se formează un produs de hidroliză [25] . Această proprietate enzimatică este prezentă în toate tipurile de lizozime de origine diferită și se reflectă într-una dintre variantele utilizate pe scară largă ale denumirii acestei proteine - muramidaza.
Alți autori consideră că reacția are loc prin formarea unui ion carboxoniu stabilizat de gruparea carboxil încărcată a Asp52, în timp ce eliberarea de alcool este catalizată de mecanismul general de cataliză a bazei de către carboxilul Glu35 neîncărcat. [26] .
Moleculele de lizozimă sunt încorporate în membrana celulară bacteriană, formând pori în ea. Datorită acestui mecanism, lizozima nu numai că poate provoca moartea osmotică a unei celule bacteriene, dar crește și permeabilitatea membranelor bacteriene pentru alte molecule antimicrobiene, inclusiv substanțe farmacologice antibacteriene. [27]
Aceste căi determină efectele și acțiunea lizozimei asupra diferitelor tipuri de microorganisme și starea generală a imunității.
Lizozima are două mecanisme de acțiune asupra bacteriilor [24] : enzimatic și cationic. Prezența a două mecanisme bactericide complementare reduce probabilitatea evitării complete a bacteriilor patogene a acțiunii antibacteriene a lizozimului. Dacă există o modificare a structurii peptidoglicanilor, care crește rezistența microorganismului la acțiunea enzimatică a lizozimului și chiar și cu pierderea completă a peretelui celular (forma L), bacteriile ar trebui, într-o măsură sau alta, să rețină sensibilitatea la mecanismele cationice de acțiune ale acestei proteine [28] . În Europa de Est, HEWL a fost utilizat cu succes în combinație cu antibiotice pentru a trata bronșita și pneumonia la persoanele fără toxicitate respiratorie sau sistemică [29] decât în grupul de control. Tonul emoțional, apetitul, normalizarea somnului la copiii tratați cu Lysobact au avut loc cu 1-3 zile mai repede decât la pacienții tratați folosind numai terapia principală. La copiii care au primit Lysobact ca parte a unui complex de măsuri terapeutice, boala respiratorie a decurs fără complicații [30] .
Efectele antifungice ale lizozimului au fost descrise pentru prima dată la începutul anilor 1960 și 1970 [31] [32] [33] La microscoapele electronice și luminoase, s-a descoperit că lizozimul, ca și în cazul celulelor bacteriene, acționează asupra ciupercilor în două moduri complementare diferite.mecanisme: hidroliza enzimatică a legăturilor N-glicozidice care leagă polizaharidele și glicopeptidele structurale ale peretelui celular; deteriorarea membranei citoplasmatice prin mecanismul cationic. Natura cationică a lizozimului și capacitatea sa de a se dezintegra și a crește permeabilitatea membranei celulare fungice completează efectele antifungice determinate enzimatic ale lizozimului, care în general apropie aceste mecanisme de apărare de cele împotriva bacteriilor [34] [35] .
Unul dintre primele (în 1973) efectul antiviral al acestei proteine a fost descris de H. Arimura. Potrivit datelor sale, lizozimul izolat din placenta umană a redus adsorbția virusului ectromelia pe suprafața celulei, în legătură cu care s-a făcut o presupunere cu privire la rolul protector important al acestei proteine în timpul sarcinii, când alte legături de protecție antiinfecțioasă. sunt parțial suprimate [36] . Mai târziu, S. Lee-Huang și colaboratorii au demonstrat capacitatea lizozimei proteinei din ou de găină, precum și a lizozimei umane de tip C izolate din diferite surse (urină, lapte și neutrofile), de a inhiba în mod dependent de doză replicarea HIV-1 în culturi. de limfocite T şi monocite sensibile la acest virus. Este de remarcat o gamă largă de concentrații (0,01–10 μg/ml) în care această proteină a prezentat efecte virostatice [37] . De asemenea, a fost descoperită proprietatea lizozimei de a lega ADN-ul și ARN-ul. Interacțiunea lizozimului și a moleculelor înrudite cu acizii nucleici a fost confirmată prin diverse metode (electroforeză pe gel, determinarea activității enzimatice, coprecipitare) și a permis autorilor să formuleze teza că această proprietate a lizozimului stă la baza capacității sale de a exercita un efect supresor. privind replicarea HIV-1 și, eventual, alte virusuri [38] . În cultura tisulară, lizozimul inhibă reproducerea virusurilor prin stimularea sintezei interferonului. Interferonii sunt un nume comun folosit în prezent pentru a grupa un număr de proteine cu proprietăți similare care sunt secretate de celulele corpului ca răspuns la invazia virusului. Acțiunea interferonului nu este asociată cu un efect direct asupra virușilor sau celulelor, adică. interferonul nu acționează în afara celulei. Adsorbit pe suprafața celulei sau pătrunzând în celulă, afectează procesele de reproducere a virusului sau de proliferare a celulelor prin genomul celular (activează sinteza enzimelor și inhibitorilor care blochează translația ARNm viral, protejând astfel celulele vecine de infecția virală). ). Datorită interferonilor, celulele devin imune la virus. Efectele antivirale ale lizozimului au fost studiate în legătură cu:
Potențialul lizozimei de a preveni boala COVID-19 și de a reduce probabilitatea ca boala să progreseze de la forme ușoare la forme severe este studiat în mod activ. [45] [46]
Se presupune că replicarea primară a virusului SARS-CoV-2 are loc în tractul respirator superior. Lizozima inhibă intrarea virusului prin legarea de receptorii celulari sau de virus - necesită mai degrabă natură cationică și hidrofobă decât activitate enzimatică; acționează asupra receptorului de care se atașează virusul SARS-CoV-2; dăunează învelișului virusului; inhibă fuziunea celulară indusă de virus. Acest lucru afectează infecția, reproducerea și răspândirea virusului în organism. [46] . Influențează semnalizarea celulară, inclusiv calea NF-κB, care afectează susceptibilitatea la infecție. Leagă acizii nucleici [47] .
Efectul imunomodulator secundar al lizozimului este de obicei considerat numai în contextul eliberării de fragmente imunostimulatoare cu greutate moleculară mică după distrugerea peptidoglicanului pereților celulelor bacteriene. Într-adevăr, ca urmare a activității muramidazei, lizozimul asigură o creștere a nivelului local de agoniști NOD2 și NOD1 (muramilpeptide) [48] , cunoscuți ca stimulatori ai mecanismelor de apărare înnăscute cheie împotriva microorganismelor patogene [49] [50] [51 ] ] . În același timp, modelele in vivo de infecții au arătat că deficiența de lizozimă duce nu numai la extinderea K. pneumoniae, Streptococcus pneumoniae și a altor agenți patogeni, ci și la o scădere a producției de citokine antiinflamatorii, în special IL-10 [52] [53] . Fiind prezent pe suprafața mucoasei, lizozimul crește rezistența nespecifică a organismului și favorizează creșterea producției de IgA secretoare, cea mai importantă componentă adaptativă a imunității mucoasei [54] . Funcționarea lizozimei extracelulare (inclusiv introduse extern) în salivă și în alte secreții biologice reduce cantitatea de substrat (peptidoglican polimeric neclivat al pereților celulelor bacteriene) pentru lizozimul intracelular în macrofage și neutrofile și, prin urmare, suprimă activarea excesivă a acestor celule, migrarea celulele proinflamatorii și stresul oxidativ [55] Nivelul lizozimei lacrimale este unul dintre biomarkerii relevanți ai competenței imune a mucoasei și poate prezice riscul de infecție cu infecții ale tractului respirator superior [56] În contextul căutării de eficiență și non -agenți toxici pentru tratamentul și prevenirea bolii cauzate de SARS-CoV-2 în 2020 au fost efectuate studii de lizozim. S-a ajuns la concluzia că Lizozima are un efect pozitiv de stimulare asupra sistemului imunitar, dar în același timp slăbește efectele negative ale unei reacții excesive a sistemului imunitar la infecție [45] . Acum se știe că SARS-CoV-2 sever este asociat cu stresul oxidativ (inclusiv implicarea AGE), inflamația cauzată de neutrofile și macrofage, citokinele TNF-α și IL-6 și un sistem RAS activat [45] . Lizozima joacă un rol important în limitarea sistemică a inflamației, ceea ce duce la o scădere a patologiei imune și a probabilității tranziției bolii de la formele ușoare la cele severe. Lizozima acționează asupra microbilor din neutrofile și macrofage, crescând răspunsul lor antiinflamator. Când lizozima este eliberată de aceste celule și celule epiteliale în spațiul extracelular, reduce, de asemenea, inflamația generală și reduce explozia oxidativă și chemotaxia neutrofilelor. Suprimă producția de TNF-α și IL-6 de către macrofage, leagă și reduce nivelurile de AGE circulanți, crește excreția acestora de către rinichi, iar lizozima exogenă afectează capacitatea peptidoglicanului de a lega factorii complementului care acționează ca anafilotoxine. De asemenea, lizozima proteinei din ouă de pui (HEWL), atunci când a modelat digestia intestinală, a arătat o activitate antioxidantă notabilă și inhibitoare a ECA [57] . Administrarea orală a lizozimului pe modele animale și în studiile la om arată capacitatea sa de a limita sistemic inflamația, rezultând o reducere a patologiei imune [45] .
Dicționare și enciclopedii | |
---|---|
În cataloagele bibliografice |
|
Hidrolaze ( EC 3): glicozil hidrolaze ( EC 3.2.1) | |
---|---|
|
Peptide antimicrobiene : conținutul granulelor de granulocite | |
---|---|
Granule azurofile : |
|
Granule neutrofile specifice: |
|
Granule de eozinofile : |
|
Antivirale de uz sistemic - ATC- J05 | ||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Conform clasificării ATC | ||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||
Alte medicamente neclasificate |