¿Qué es la hemolisina?
La hemolisina es una pequeña proteína que rompe la membrana celular de los glóbulos rojos y algunas otras células propias de la sangre, destruyéndolas. Generalmente, es sintetizada y excretada por bacterias patógenas.
Esta proteína es una de las toxinas microbianas más comunes y la que mejor se ha estudiado. En ocasiones puede causar anemia hemolítica, ya que la cantidad de canales a través de los que sale el interior celular puede incluso producir la lisis celular.
Generalmente, la hemolisina es una toxina típica de las especies de Streptococcus del tracto intestinal. Su función permite a las bacterias romper la barrera epitelial del tracto intestinal y desplazarse a través del torrente sanguíneo hasta colonizar otros tejidos.
La forma más frecuente en que se encuentra la hemolisina en la naturaleza es en su forma α-hemolisina. Esta proteína es uno de los factores de virulencia más importantes de la mayoría de las cepas de Escherichia coli y algunos clostridios.
La mayoría de las infecciones del tracto urinario son causadas por cepas de Escherichia coli que producen α-hemolisina con características hemolíticas.
Se ha relacionado la producción de hemolisina y bacteriocina en las cepas bacterianas con un mecanismo de competencia contra las otras especies, y la producción de ambas toxinas parece depender de los mismos determinantes genéticos en el genoma de las bacterias.
Características de la hemolisina
– Capacidad para romper eritrocitos. Actúa rompiendo las membranas de los glóbulos rojos, lo que libera hemoglobina en el medio circundante.
– Origen bacteriano. Es producida por diferentes bacterias patógenas como Staphylococcus aureus, Streptococcus y Escherichia coli. Cada tipo de bacteria puede generar hemolisinas con diferentes mecanismos de acción.
– Células específicas. Aunque principalmente destruyen eritrocitos, algunas hemolisinas pueden afectar otras células eucariotas o procariontes, como leucocitos o plaquetas.
– Variable termoestabilidad. Algunas hemolisinas son termoestables (resisten el calor), mientras que otras son termolábiles (se destruyen con el calor).
– Acción inmunogénica. Pueden inducir una respuesta inmune en el organismo infectado.
Tipos de hemolisina
Existen varios tipos de hemolisinas diferentes, se clasifican con una letra griega antes del nombre. Las más estudiadas y comunes son las α, las β y las γ hemolisinas, todas producidas por Staphylococcus aureus.
Los tipos de hemolisina se clasifican según el rango de células que atacan y según la estructura primaria de la proteína.
- α-hemolisina. Es típica de las cepas de Staphylococcus aureus y Escherichia coli. Ataca a neutrófilos, glóbulos rojos, linfocitos, macrófagos, fibroblastos adultos y embrionarios. Interactúa con las cabezas polares de los lípidos de membrana plasmática de estas células hasta internalizar una cola hidrofóbica de cerca de 5 Ӑ en el interior de la membrana.
- β-hemolisina. Producida por Staphylococcus aureus en menor proporción que la α-hemolisina, la β-hemolisina ataca principalmente eritrocitos y se interna en la membrana exclusivamente a través de los dominios ricos en esfingomielina de la membrana celular.
- γ-hemolisina. También se ha observado en Staphylococcus aureus. Es catalogada como una proteína hemolítica y leucotoxina al mismo tiempo, ya que afecta las células polimorfonucleares de humanos, monocitos, macrófagos y rara vez, incluso, los glóbulos rojos. Este tipo de γ-hemolisina es una de las que menos se ha dilucidado, por tanto, se desconoce gran parte de su mecanismo de acción y no se ha investigado in vivo.
Mecanismos de acción de la hemolisina
El mecanismo de acción que se ha esclarecido de forma relativamente clara es el de la α-hemolisina. Sin embargo, ya que todas son proteínas hemolíticas, se piensa que la mayoría de los procesos son comunes para todas las hemolisinas.
Los científicos sugieren que para las bacterias segreguen hemolisina al ambiente tienen que encontrarse en un microambiente pobre en nutrientes, por tanto, este sería un mecanismo que dispara la célula para destruir las células blanco y obtener sus nutrientes.
El mecanismo se ha descrito en tres pasos: la unión a la membrana celular, la inserción y la oligomerización.
- Unión a la membrana. Se ha encontrado que las hemolisinas pueden unirse a las integrinas de los neutrófilos, y en los eritrocitos se ha observado que estas proteínas se unen a componentes glicosilados como las glicoproteínas, los gangliósidos y las glicoforinas de la membrana celular. Algunos autores proponen que la presencia de receptores en la membrana no es esencial para que ocurra la unión de las hemolisinas. En todo caso, aún no se conoce con precisión el mecanismo de reconocimiento celular de la proteína. La interacción con la membrana ocurre en dos pasos:
- Unión inicial (reversible): cuando la hemolisina se une a los dominios de unión a calcio de la membrana. Este paso ocurre en la superficie y es muy susceptible a descargas electroestáticas.
- Unión irreversible: junta los dominios aminoacídicos con los componentes lipídicos de la capa externa de la membrana plasmática de las células blanco, con el fin de formar uniones físicas entre los compuestos hidrofóbicos de la membrana.
- Inserción de la toxina en la membrana. La α-hemolisina inserta los residuos 177 y 411 en la primera monocapa lipídica. En el medio extracelular, la hemolisina se asocia con iones de calcio, los cuales inducen un arreglo estructural en esta y contribuyen con su activación. Esta inserción consolida la unión irreversible a la membrana de la célula. Una vez ha ocurrido el arreglo, la hemolisina se transforma en una proteína integral, puesto que, experimentalmente, se ha demostrado que la única forma de extraerla de la membrana es mediante el uso de detergentes como el Tritón X-100.
- Oligomerización. Cuando toda la hemolisina se ha insertado a la membrana plasmática de las células blanco, tiene lugar la oligomerización de las 7 subunidades que la conforman, lo que termina en la formación de un poro proteico, muy dinámico pero dependiente de la composición lipídica de la membrana. Se ha observado que el proceso de oligomerización es favorecido por los microdominios o las balsas lipídicas de la membrana celular. Estas regiones quizás no favorecen la unión de la proteína, pero sí la oligomerización de la misma una vez insertada. Entre mayor cantidad de hemolisinas se unen a la membrana, mayor cantidad de poros se formarán. Es más, las hemolisinas pueden oligomerizarse entre sí (las adyacentes) y conformar canales mucho más grandes.
Referencias
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- Remington, J.S., Klein, J.O., Wilson, C.B., Nizet, V., Maldonado, Y.A. Infectious diseases of the fetus and newborn infant (Vol. 4). Saunders.
- Todd, E.W. Antigenic streptococcal hemolysin. Journal of experimental medicine.