Lysozym ( anglicky lysozym , z jiného řeckého λύσις - „nevazba, rozklad“ a enzym ; EC 3.2.1.17) je antibakteriální látka, enzym třídy hydroláz , který ničí buněčné stěny bakterií hydrolýzou peptidoglykanu (mureinu) . Lysozym se získává hlavně z bílkovin slepičích vajec [1] . Podobné enzymy se také nacházejí v živočišných organismech, především v místech kontaktu s prostředím - ve sliznici trávicího traktu, slzné tekutině , mateřském mléce , slinách , nosohltanovém hlenu atd. Velké množství lysozymu se nachází ve slinách, co vysvětluje jeho antibakteriální vlastnosti. V lidském mateřském mléce je koncentrace lysozymu velmi vysoká (asi 400 mg/l). To je mnohem víc než u krávy. Koncentrace lysozymu v mateřském mléce přitom s časem neklesá, šest měsíců po narození dítěte se začíná zvyšovat.
Tekutiny obsahující lysozym, jako je vaječný bílek a mateřské mléko, se používaly k léčbě očních infekcí již od starověkého Říma. Na přelomu 18. a 19. století vědci objevili antibakteriální vlastnosti leukocytů , kravského mléka, senného bacilu , vaječných bílkovin a nosního hlenu [2] . Zejména Maurice Nicole v roce 1907 hovořil o bakteriolytickém účinku senného bacilu [3] a Pavel Nikolajevič Laščenkov v roce 1909 navrhl přítomnost proteolytických enzymů v bílkovině slepičích vajec [4] .
V roce 1921 se Alexander Fleming , který pociťoval příznaky podobné chřipce, rozhodl kultivovat svůj nosní hlen pomocí mikroorganismu způsobujícího onemocnění. O čtyři dny později se mu podařilo vyšlechtit kolonii grampozitivních koků, kterým dal přechodné jméno „AF coccus“. Po uzdravení se rozhodl otestovat hypotézu Felixe d'Herelle o úloze bakteriofágů při vytváření získané imunity přidáním částic jeho nosního hlenu do misek pěstovaných s kmeny pneumokoků, stafylokoků a bakterií AF koků. Během experimentu se ukázalo, že růstu mikroorganismů nebrání virus, ale přítomnost enzymu, který způsobuje lýzu bakterií . Následně byl tento enzym jím objeven v dalších biologických tekutinách [5] [6] . Almroth Wright , Flemingův vůdce, navrhl, aby byl enzym pojmenován „lysozym“ a bakterie na něj citlivé, Micrococcus lysodeikticus [2] .
Po počáteční euforii při hledání antibakteriálních látek se lysozym ukázal jako málo klinicky hodnotný jako antibakteriální prostředek a po objevení penicilinu zájem o lysozym vybledl, dokud nebyl izolován a přečištěn lysozym z bílku slepičího vejce (HEWL).
Trojrozměrnou strukturu lysozymu poprvé získal David Chilton Phillips (1924-1999) v roce 1965, kdy získal první model pomocí rentgenové krystalografie [7] [8] . Struktura byla veřejně představena na přednášce Royal Institution v roce 1965 [9] . Lysozym se stal druhou proteinovou strukturou a první enzymovou strukturou získanou rentgenovou krystalografií a prvním enzymem, který obsahoval kompletní sekvenci všech dvaceti standardních aminokyselin [10] .
HEWL je 14,3 kDa polypeptidový řetězec obsahující 129 aminokyselinových zbytků se čtyřmi intramolekulárními disulfidovými můstky a isoelektrickým bodem blízkým ≈ 11,3; je snadno rozpustný ve vodě. [jedenáct]
Jako enzym HEWL katalyzuje hydrolýzu B-1,4 glykosidické vazby mezi kyselinou N-acetylmuramovou a N-acetylglukosaminem v peptidoglykanu bakteriální buněčné stěny. Historicky je tento protein jedním z nejvíce studovaných proteinů v oblasti biochemie. Na rozdíl od většiny proteinů lysozym snadno krystalizuje a tyto krystaly mají dobré refrakční vlastnosti. Kompletní primární struktura HEWL byla poprvé objasněna v roce 1963 [12] a o něco později, v roce 1965, byla vytvořena trojrozměrná struktura HEWL. Rozluštění trojrozměrné struktury HEWL a komplexu HEWL-substrát otevřelo cestu k pochopení specifik lysozymu a mechanismu jeho katalytické aktivity.
Studie agregace HEWL se staly důležitými, když bylo zjištěno, že bodové mutace v lidském lysozymu (se kterým HEWL sdílí 60% sekvenční identitu) korelují s dědičnou systémovou amyloidózou [13] .
Toto vzácné onemocnění bylo symptomatické, s ukládáním amyloidních fibril lidského lysozymu (někdy v kilogramovém množství) v ledvinách, gastrointestinálním traktu, lymfatických uzlinách, krevních cévách, slezině a játrech. Lysozym je možná jediný enzym, který přirozeně tvoří amyloid.
Lidský lysozym je glykosidáza, která funguje jako antibakteriální činidlo. Lidský lysozym (EC 3.2.1.17) obsahuje 130 zbytků patřících do třídy typu C a je široce distribuován v různých tkáních a tělesných tekutinách, včetně jater, kloubních chrupavek, krve, slin, slzné tekutiny a mléka [14] . Je kódován genem umístěným na 12. chromozomu sestávajícím ze 4 exonů a 3 intronů. [patnáct]
Lysozym převážně hydrolyzuje B-1,4 glykosidické vazby mezi kyselinou N-acetylmuramovou a N-acetylglukosaminem obsaženým v peptidoglykanové struktuře buněčné stěny některých mikroorganismů, zejména grampozitivních bakterií, a hraje proto roli v obraně hostitele. Enzym způsobuje, že cukr kyseliny muramové je v napjaté konformaci a kombinovaným působením dvou klíčových zbytků - kyseliny glutamové v poloze 35 a kyseliny asparagové v poloze 52 - hydrolyzuje glykosidické vazby.
Lysozym je vysoce exprimován v hematopoetických buňkách, kde se nachází v granulocytech, monocytech a makrofázích, stejně jako v jejich prekurzorech v kostní dřeni. Obvyklá plazmatická koncentrace lysozymu je 4 až 13 mg/l, ale v moči zdravých jedinců lze vidět pouze jeho stopy. Obsah lysozymu v mateřském mléce je asi 0,4 mg/ml, v slzné tekutině 7 mg/ml, ve slinách 0,2 mg/ml. Normálně člověk vyprodukuje asi 1500 ml slin denně, které obsahují celkem asi 300 mg lysozymu. Na základě těchto údajů lze vypočítat, že v průměru za 1 hodinu vyprodukují slinné žlázy 12,5 mg endogenního lysozymu [16] . Celkově se v celém těle vytvoří asi 500 mg lysozymu denně, ale životnost proteinu v plazmě je velmi krátká; 75 % se eluuje do 1 hodiny, převážně ledvinami [17] . Výrazně zvýšené koncentrace lysozymu v plazmě a v moči jsou spojeny s řadou patologických stavů a jsou řadu let sledovány jako možný marker monocytární leukémie, ale zároveň, jako v případě pacientů s myeloproliferativními poruchami, s normální funkcí ledvin , produkce lysozymu se zvyšuje až 4krát.
Během posledních 30 let byly lidský lysozym a HEWL použity jako referenční rámec pro studium mnoha aspektů struktury a funkce proteinu, včetně stability proteinu a skládání proteinu. Bylo identifikováno šest přirozeně se vyskytujících mutací v lidském lysozymu [18] a substituce aminokyselin (všechny se nacházejí v oblasti B-domény přirozené struktury lysozymu) [19] . Výsledkem mutací je více proteinových variant (I56T, F57I, W64R, D67H, T70N a F57I/T70N nebo W112R/T70N). Všechny tyto varianty, kromě T70N, byly spojeny se systémovou amyloidózou postihující ledviny, játra a slezinu [13] , zatímco neamyloidogenní varianta T70N je u normální britské populace zcela běžná.
V potravinářském průmyslu je registrován jako potravinářská přídatná látka E1105 (konzervant).
V lékařství jako lokální antiseptikum [20] - je hlavní účinnou látkou léku " Lyzobakt ", "Lyzobakt Complit", na Ukrajině se používá pod obchodním názvem "Lysobakt" [21] . Pod názvem „Lyso-B“ se stal prvním zahraničním lékem obsahujícím lysozym registrovaným v SSSR a od roku 1982 je široce používán v Rusku [22] . Během této doby bylo provedeno velké množství klinických studií. Prokázali účinnost a bezpečnost léku Lizobact u dětí i dospělých k léčbě akutních infekčních onemocnění horních cest dýchacích, orgánů ORL, zánětlivých onemocnění parodontu a dutiny ústní, při rehabilitaci dětí s častými onemocněními dýchacích cest.
Při absenci kontraindikací (alergie na bílkovinu slepičích vajec) mohou ženy během těhotenství užívat lysozym. Americká FDA tedy uznala vysoký bezpečnostní profil lysozymu. V tomto ohledu má lysozym status „obecně uznávaného doplňku (GRAS)“ [23] . Kromě toho imunologické studie na morčatech, králících a lidech ukázaly, že lysozym má menší senzibilizační potenciál než jiné proteiny slepičích vajec.
Lysozym působí na buňky mikroorganismů dvěma způsoby [24] .
Enzym napadá peptidoglykany (zejména murein ), které jsou součástí buněčných stěn bakterií (zejména mnoho z nich v buněčných stěnách grampozitivních bakterií - až 50-80 %). Lysozym hydrolyzuje β(1→4)-glykosidickou vazbu mezi kyselinou N-acetylmuramovou a N-acetylglukosaminem . V tomto případě se peptidoglykan váže na aktivní místo enzymu (ve formě kapsy) umístěné mezi jeho dvěma strukturálními doménami. Sorpční centrum lysozymu představuje 6 kapes (A, B, C, D, E, F) a v A, C a E se může vázat pouze N-acetylglukosamin a v B, D a F - jak N-acetylglukosamin, tak N - kyselina acetylmuramová. Molekula substrátu v aktivním místě přijímá konformaci blízkou konformaci přechodného stavu. V souladu s Phillipsovým mechanismem se lysozym váže na hexasacharid a poté převádí 4. zbytek v řetězci na konformaci otočné židle. V tomto napjatém stavu se snadno přeruší glykosidická vazba mezi D a E centry. Inhibitorem lysozymu je zejména N-acetylglukosamin trisacharid, který se váže na katalyticky neaktivní místa A, B a C a zabraňuje vazbě substrátu.
Lysozym obsahuje v aktivním místě dva aminokyselinové zbytky nezbytné pro katalýzu: kyselinu glutamovou na pozici 35 a kyselinu asparagovou na pozici 52. Zbytky kyseliny glutamové (Glu35) a kyseliny asparagové (Asp52) jsou kritické pro fungování enzymu a Asp52 je ionizovaný, zatímco Glu35 nikoliv. Někteří autoři se domnívají, že Glu35 působí jako donor protonů během štěpení substrátové glykosidické vazby, čímž dochází k destrukci vazby, zatímco Asp52 působí jako nukleofil při tvorbě meziproduktu, glykosylového enzymu. Poté glykosylový enzym reaguje s molekulou vody, v důsledku čehož se enzym vrací do původního stavu a vzniká produkt hydrolýzy [25] . Tato enzymatická vlastnost je přítomna ve všech typech lysozymu různého původu a odráží se v jedné z široce používaných variant názvu tohoto proteinu – muramidáze.
Jiní autoři se domnívají, že reakce probíhá tvorbou karboxoniového iontu stabilizovaného nabitou karboxylovou skupinou Asp52, zatímco uvolňování alkoholu je katalyzováno obecným mechanismem bazické katalýzy nenabitým karboxylem Glu35. [26] .
Molekuly lysozymu jsou zabudovány do bakteriální buněčné membrány a tvoří v ní póry. Díky tomuto mechanismu může lysozym nejen způsobit osmotickou smrt bakteriální buňky, ale také zvyšuje permeabilitu bakteriálních membrán pro další antimikrobiální molekuly, včetně antibakteriálních farmakologických látek. [27]
Tyto dráhy určují účinky a působení lysozymu na různé typy mikroorganismů a celkový stav imunity.
Lysozym má dva mechanismy účinku na bakterie [24] : enzymatický a kationtový. Přítomnost dvou komplementárních baktericidních mechanismů snižuje pravděpodobnost úplného vyhnutí se patogenním bakteriím antibakteriálního působení lysozymu. Pokud dojde k modifikaci struktury peptidoglykanu, která zvyšuje odolnost mikroorganismu vůči enzymatickému působení lysozymu, a dokonce i při úplné ztrátě buněčné stěny (L-forma), by si bakterie měly do té či oné míry zadržet citlivost na kationtové mechanismy účinku tohoto proteinu [28] . Ve východní Evropě byl HEWL úspěšně používán v kombinaci s antibiotiky k léčbě bronchitidy a pneumonie u lidí bez respirační nebo systémové toxicity [29] než u kontrolní skupiny. Emocionální tonus, chuť k jídlu, normalizace spánku u dětí léčených Lysobactem se objevily o 1-3 dny rychleji než u pacientů léčených pouze hlavní terapií. U dětí, které dostávaly Lysobact v rámci komplexu terapeutických opatření, probíhalo respirační onemocnění bez komplikací [30] .
Antifungální účinky lysozymu byly poprvé popsány na přelomu 60. a 70. let 20. století [31] [32] [33] Pod elektronovým a světelným mikroskopem bylo zjištěno, že lysozym, stejně jako v případě bakteriálních buněk, působí na houby v dvěma různými komplementárními způsoby.mechanismy: enzymatická hydrolýza N-glykosidických vazeb, které vážou polysacharidy a strukturní glykopeptidy buněčné stěny; poškození cytoplazmatické membrány kationtovým mechanismem. Kationtová povaha lysozymu a jeho schopnost dezintegrace a zvýšení permeability buněčné membrány houby doplňují enzymaticky podmíněné antimykotické účinky lysozymu, což obecně přibližuje tyto obranné mechanismy těm proti bakteriím [34] [35] .
Jeden z prvních (v roce 1973) antivirového účinku tohoto proteinu popsal H. Arimura. Podle jeho údajů lysozym izolovaný z lidské placenty snižoval adsorpci viru ektromelie na buněčný povrch, v souvislosti s tím byl učiněn předpoklad o důležité ochranné roli tohoto proteinu během těhotenství, kdy některé další vazby protiinfekční ochrany jsou částečně potlačeny [36] . Později S. Lee-Huang et al. prokázali schopnost proteinového lysozymu slepičích vajec, stejně jako lidského lysozymu typu C izolovaného z různých zdrojů (moč, mléko a neutrofily), v závislosti na dávce inhibovat replikaci HIV-1 v kulturách. T-lymfocytů a monocytů citlivých na tento virus. Pozoruhodný je široký rozsah koncentrací (0,01–10 μg/ml), ve kterých tento protein vykazoval virostatické účinky [37] . Byla také objevena vlastnost lysozymu vázat DNA a RNA. Interakce lysozymu a příbuzných molekul s nukleovými kyselinami byla potvrzena různými metodami (gelová elektroforéza, stanovení enzymatické aktivity, koprecipitace) a umožnila autorům formulovat tezi, že právě tato vlastnost lysozymu je základem jeho schopnosti vykazovat supresivní účinek. na replikaci HIV-1 a případně dalších virů [38] . V tkáňové kultuře lysozym inhibuje reprodukci virů stimulací syntézy interferonu. Interferony jsou běžný název, který se v současnosti používá k seskupení řady proteinů s podobnými vlastnostmi, které jsou vylučovány buňkami těla v reakci na invazi viru. Působení interferonu není spojeno s přímým účinkem na viry nebo buňky, tzn. interferon nepůsobí mimo buňku. Adsorbuje se na povrchu buňky nebo proniká do buňky, ovlivňuje procesy reprodukce viru nebo buněčné proliferace přes buněčný genom (aktivuje syntézu enzymů a inhibitorů, které blokují translaci virové mRNA, čímž chrání sousední buňky před virovou infekcí ). Díky interferonům se buňky stávají vůči viru imunní. Antivirové účinky lysozymu byly studovány ve vztahu k:
Aktivně se studuje potenciál lysozymu k prevenci onemocnění COVID-19 a ke snížení pravděpodobnosti progrese onemocnění z mírných do těžkých forem. [45] [46]
Předpokládá se, že k primární replikaci viru SARS-CoV-2 dochází v horních cestách dýchacích. Lysozym inhibuje vstup viru vazbou na buněčné receptory nebo virus – vyžaduje spíše kationtovou a hydrofobní povahu než enzymatickou aktivitu; působí na receptor, na který se váže virus SARS-CoV-2; poškozuje obal viru; inhibuje virem indukovanou buněčnou fúzi. To ovlivňuje infekci, reprodukci a šíření viru v těle. [46] . Ovlivňuje buněčnou signalizaci, včetně dráhy NF-κB, která ovlivňuje náchylnost k infekci. Váže nukleové kyseliny [47] .
O sekundárním imunomodulačním účinku lysozymu se obvykle uvažuje pouze v souvislosti s uvolňováním imunostimulačních nízkomolekulárních fragmentů po destrukci peptidoglykanu bakteriálních buněčných stěn. V důsledku aktivity muramidázy lysozym skutečně zvyšuje lokální hladinu agonistů NOD2 a NOD1 (muramylpeptidů) [48] , známých jako stimulátory klíčových vrozených obranných mechanismů proti patogenním mikroorganismům [49] [50] [51 ] . In vivo modely infekcí zároveň ukázaly, že nedostatek lysozymu vede nejen k expanzi K. pneumoniae, Streptococcus pneumoniae a některých dalších patogenů, ale také ke snížení produkce protizánětlivých cytokinů, zejména IL-10 [52] [53] . Lysozym, který je přítomen na povrchu sliznice, zvyšuje nespecifickou rezistenci organismu a podporuje zvýšení produkce sekrečního IgA, nejdůležitější adaptivní složky slizniční imunity [54] . Fungování extracelulárního (včetně externě zavedeného) lysozymu ve slinách a dalších biologických sekretech snižuje množství substrátu (neštěpeného polymerního peptidoglykanu bakteriálních buněčných stěn) pro intracelulární lysozym v makrofázích a neutrofilech, a tím potlačuje nadměrnou aktivaci těchto buněk, migraci prozánětlivé buňky a oxidační stres [55] Hladina slzného lysozymu je jedním z relevantních biomarkerů slizniční imunitní kompetence a může predikovat riziko infekce infekcemi horních cest dýchacích [56] V kontextu hledání účinných a ne -toxické látky pro léčbu a prevenci onemocnění způsobeného SARS-CoV-2 v roce 2020 byly provedeny studie lysozymu. Došlo se k závěru, že lysozym má pozitivní stimulační účinek na imunitní systém, ale zároveň oslabuje negativní účinky nadměrné reakce imunitního systému na infekci [45] . Nyní je známo, že závažný SARS-CoV-2 je spojen s oxidačním stresem (včetně postižení AGE), zánětem způsobeným neutrofily a makrofágy, cytokiny TNF-α a IL-6 a aktivovaným systémem RAS [45] . Lysozym hraje důležitou roli v systémovém omezení zánětu, což vede ke snížení imunitní patologie a pravděpodobnosti přechodu onemocnění z lehkých na těžké formy. Lysozym působí na mikroby v neutrofilech a makrofázích a zvyšuje jejich protizánětlivou odpověď. Když je lysozym uvolňován těmito buňkami a epiteliálními buňkami do extracelulárního prostoru, snižuje také celkový zánět a snižuje oxidační vzplanutí a chemotaxi v neutrofilech. Potlačuje produkci TNF-α a IL-6 makrofágy, váže a snižuje hladiny cirkulujících AGE, zvyšuje jejich vylučování ledvinami a exogenní lysozym narušuje schopnost peptidoglykanu vázat komplementové faktory, které působí jako anafylotoxiny. Také proteinový lysozym z kuřecích vajec (HEWL) při modelování střevního trávení vykazoval výraznou antioxidační a ACE inhibiční aktivitu [57] . Perorální podávání lysozymu na zvířecích modelech a ve studiích na lidech ukazuje jeho schopnost systémově omezit zánět, což vede ke snížení imunitní patologie [45] .
Slovníky a encyklopedie | |
---|---|
V bibliografických katalozích |
|
Hydrolázy ( EC 3): glykosyl hydrolázy ( EC 3.2.1) | |
---|---|
|
Antimikrobiální peptidy : obsah granulocytárních granulí | |
---|---|
Azurofilní granule : |
|
Specifické neutrofilní granule : |
|
Eosinofilní granule : |
|
Antivirotika pro systémové použití - ATC- J05 | ||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Podle klasifikace ATC | ||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||
Další neklasifikované drogy |