toxina alfa de Staphylococcus aureus

La alfa-toxina , también conocida como alfa-hemolisina (Hla), es el principal agente citotóxico liberado por la bacteria Staphylococcus aureus y el primer miembro identificado de la familia de toxinas formadoras de poros con estructura de barril beta . ^{[ 1 ]} Esta toxina se compone principalmente de láminas beta (68%) con solo un 10% de hélices alfa . El gen hly en el cromosoma de S. aureus codifica el monómero proteico de 293 residuos, que forma unidades heptaméricas en la membrana celular para formar un poro completo con estructura de barril beta . Esta estructura permite que la toxina cumpla su función principal: el desarrollo de poros en la membrana celular, lo que finalmente provoca la muerte celular.

Se ha demostrado que la alfa-toxina desempeña un papel en la patogénesis de la enfermedad, ya que las cepas con deleción del gen hly muestran reducciones en la invasividad y la virulencia. ^{[ 2 ]} La dosis de toxina puede dar lugar a dos modos de actividad diferentes. Las bajas concentraciones de toxina se unen a receptores específicos, pero no identificados, de la superficie celular y forman poros heptaméricos. Este poro permite el intercambio de iones monovalentes, lo que provoca la fragmentación del ADN y, finalmente, la apoptosis . ^{[ 3 ]} Las concentraciones más altas dan lugar a que la toxina se absorba de forma inespecífica en la bicapa lipídica y forme poros grandes que permiten el paso de Ca ²⁺ . Esto, a su vez, provoca necrosis masiva y otras reacciones celulares secundarias desencadenadas por la entrada incontrolada de Ca ²⁺ . ^{[ 3 ]}

La estructura de la proteína se ha resuelto mediante cristalografía de rayos X y se encuentra depositada en la base de datos PDB con el código de identificación 7ahl . ^{[ 4 ]} Siete monómeros contribuyen cada uno con una horquilla beta larga a un barril beta de catorce hebras que forma un poro en la membrana celular. Este poro tiene 14 angstroms de ancho en su punto más estrecho. Este ancho equivale al diámetro de aproximadamente 4 iones de calcio.

Recientemente, estudios han demostrado que la alfa-toxina participa en la inducción de apoptosis en ciertas células inmunitarias humanas. La incubación de células T , monocitos y linfocitos de sangre periférica con alfa-toxina purificada o lisado celular de S. aureus resultó en la inducción de apoptosis a través de la vía intrínseca de muerte celular . ^{[ 3 ]} Esta actividad se inhibió al introducir dos anticuerpos anti-alfa-toxina diferentes. En el mismo estudio, se demostró que la alfa-toxina activa la caspasa 8 y la caspasa 9 , las cuales a su vez activan la caspasa 3 , lo que provoca una degradación masiva del ADN y apoptosis. Se demostró que esta actividad es independiente de la vía del receptor de muerte celular.

La alfa-toxina es también uno de los factores de virulencia clave en la neumonía por S. aureus . ^{[ 5 ]} El nivel de alfa-toxina expresado por una cepa particular de S. aureus se correlaciona directamente con la virulencia de la cepa. ^{[ 2 ]} Investigaciones recientes han demostrado que la inmunización con una forma mutante de alfa-toxina que ya no puede formar poros protege contra la neumonía por S. aureus en ratones. Además, la introducción de anticuerpos específicos contra la alfa-toxina en un animal no inmunizado protege contra la infección posterior. Los cultivos de células epiteliales pulmonares humanas incubadas con anti-alfa-toxina e infectadas con S. aureus mostraron reducciones marcadas en el daño celular en comparación con las células de control. Dado que muchas cepas de S. aureus están demostrando ser resistentes a la mayoría de los antibióticos disponibles, la focalización específica de los factores de virulencia con anticuerpos podría ser el siguiente paso para tratar este patógeno.

La alfa-hemolisina se ha utilizado ampliamente en la investigación académica como sensor de nanoporos de molécula única . En 1996 se demostró por primera vez que los ácidos nucleicos monocatenarios pueden detectarse mediante mediciones electrofisiológicas a medida que se translocan a través de un poro de alfa-hemolisina incrustado en una bicapa lipídica. ^{[ 6 ]} Este fue un hito importante en el desarrollo de la secuenciación de nanoporos .