From Proteopedia

רעלן האנתרקס- LF

Lethal Factor הוא חלבון שמהווה מרכיב ברעלן המופרש (אקסוטוקסין) מחיידקי אנתרקס, Bacillus anthracis. חיידקים אלו גורמים למחלת הגחלת החמורה ביונקים, שרמת חומרתה תלויה באופן חדירת החיידק לגוף. הרעלן של חיידקי האנתרקס מורכב משני חלבונים נוספים - Protective antigen (PA) ו-Edema factor (EF). החלבון PA מתווך את חדירת הרעלן לציטופלזמה של התאים המותקפים. באופן ספציפי, קישור של PA עם LF יוצר רעלן קטלני הגורם למוות פתאומי ביונקים.

מחלת הגחלת

מחלת הגחלת נגרמת על ידי החיידק בצילוס אנתרקס Bacillus anthracis. חיידק זה עטוף בקפסולה המורכבת משרשראות של חומצה גלוטמית. הקפסולה מספקת לו הגנה מפני נויטרופילים, שהם תאים בולעניים של מערכת החיסון.

למחלה שלושה מופעים שונים ובכל אחד מהם יש פגיעה שונה בגוף. מופע אחד הוא עורי, המתפתח בעקבות חדירת נבגי אנתרקס דרך עור פגוע, דבר הגורם ליצירת שלפוחית המלאה בחיידקי אנתרקס פעילים. ללא טיפול, הזיהום החיידקי עלול להתפשט לקשרי הלימפה ומשם למערכת הדם, ולגרום לאלח דם המסכן חיים. לא ידוע אם תתכן הדבקה מאדם לאדם במופע העורי. מופע נוסף של המחלה הוא גחלת נשימתית, הנגרמת בשל חדירת נבגי האנתרקס למערכת הנשימה. בשלב הראשון יש זיהום של דרכי הנשימה ותסמינים של חום, חולשה, כאבי שרירים ושיעול. לאחר מספר ימים חלה הקלה בתסמינים, אך לאחר מספר ימים נוספים התסמינים מחמירים ועליהם נמנים מצוקה נשימתית, הזעה ותשישות, ולעיתים בצקות בחזה ובצוואר, העלולים לגרום לכשל רב-מערכתי ואף למות החולה. שיעור התמותה מהמופע הנשימתי של המחלה עומד על 95%. מופע נוסף ונדיר של המחלה הוא גחלת המעי, הנגרמת כתוצאה מאכילת בשר המזוהם בנבגי האנתרקס. התסמינים הם בחילות, הקאות, כאבי בטן, חום ושלשול דמי. גם מופע זה עלול לגרום להיווצרות אלח דם ולתמותת החולה, בשיעור תמותה המוערך ב-50%.

מבנה החלבון

LF הוא חלבון המהווה חלק מהקומפלקס החלבוני האקסוטוקסיני (כלומר, רעלן המופרש מהחיידק) במיןBacillus anthracis יחד עם החלבונים PA ו-EF. (מסומן בכתום) הוא הומולוגי לאיזור בחלבון EF. בשני החלבונים אזורים אלו נקשרים לחלבון PA. הומולוגיה זו עולה בקנה אחד עם יכולתם של חלבונים אלה להקשר לחלבון PA באותו אתר קישור.

החלבון הבוגר LF מורכב מרצף של 809 חומצות אמינו. הרצף של 33 חומצות האמינו הראשונות בקצה ה-N טרמינלי הינו Signal peptide, כלומר רצף המהווה חלק מחלבונים המיועדים להפרשה מהתא, כפי שמומחש בסרטון. על כן, רצף זה הוא בעל מאפיינים דומים לרצפים אלו בחלבונים מופרשים אחרים במין Bacillus anthracis.

החלבון LF הנו הטרודימר (תצמיד של שתי יחידות מולקולריות השונות זו מזו, בניגוד להומודימר הבנוי משתי יחידות הזהות זו לזו) המורכב משתי שרשראות, . ניתן לראות כי העיקרי בחלבון הוא סליל אלפא (מסומן בורוד) אך יש גם משטחי בטא (מסומנים בצהוב). לכל אחת משתי השרשראות מבנה שלישוני משלה, הנוצר (מסומנים באדום) בין המרכיבות את השרשרת.

בכל אחת משתי השרשראות יש אתר קישור (מסומן בצהוב) ואתר קישור ל (מסומן אדום). יוני האבץ מהווים חלק מ (חומצות האמינו של האתר הפעיל מסומנות בתכלת) ומייעלים את פעולתו, אך הם לא הכרחיים לפעולתו. (מסומן בסגול) מייעל את פעולת הטוקסין.

פעילות החלבון

LF מופרש מהחיידק וגורם למחלה רק כאשר נקשר ל-PA. קישור LF ל-PA מאפשר את כניסת LF לתא המאחסן ויוצר רעלן קטלני הגורם למוות פתאומי ביונקים - lethal toxin, LeTx, בשל עירור מוות תאי מהיר בתאים מאקרופאגים.

החלבון LF נקשר לחלבון PA החתוך (מסומן באדום). אינטרקציה זו חיוניות לשם הכנסה של LF לתא. הקצה ה-N טרמינלי של LF נקשר לשפת ההומואוליגומר הנוצר מאיחוד של חלבוני PA על גבי ממברנת התא המאחסן. קישור זה גורם להתקפלות מחדש של הקצה ה-N טרמינלי לכדי סליל אלפא. הקומפלקס כולו עובר אנדוציטוזה לתוך התא, תוך שינוי קונפורמציה של טבעת הPA. הקיפול של LF מתיישר וכך הוא נכנס דרך החור בטבעת הPA לתוך הציטופלזמה. באופן דומה החלבון PA מתווך גם את כניסת הרעלן השני, EF לתוך התאים.

בתוך הציטופלזמה LF פועל כפרוטאז, כלומר אנזים המפרק חלבונים לחומצות אמינו. הפרוטאז LF חותך את הקצה ה-N טרמינלי של חלבונים בתא האחראיים על העברת סיגנלים תוך-תאיים - MAPK kinases. חלבונים אלו שייכים למשפחת חלבוני הקינאזות והינם קומפלקסים חלבוניים המאקטבים תהליכים בתא על ידי זרחון מולקולות. כתוצאה מחיתוכן על ידי LF נגרם שיבוש של יכולתן ליצור אינטרקציות עם חלבונים אחרים, דבר המוביל לעירור תהליך האפופטוזיס, כפי שניתן לראות בסרטון. MAPK קינאזות הן הסובסטרט התאי היחיד הידוע של LF. רמות גבוהות של LF בתא גורמות למוות תאי מהיר של מאקרופגים, אך המנגנון הגורם לכך לא ידוע.

עימוד רצפים

כאמור, חיידק הבצילוס מפריש חלבון נוסף בשם EF, הנקשר גם הוא לחלבון PA. קישור של החלבון EF ל-PA גורם לבצקת. בין שני החלבונים נמצאה הומולוגיה במבנה, כלומר הם מורכבים מרצף חומצות אמינו דומה באזור מסוים, שהנו אזור הקישור לPA. על מנת למצוא את האזור ההומולוגי בין החלבונים נשתמש בכלי הביואינפורמטי BLAST הקרוי BLAST two sequences המאפשר לבצע עימוד, כלומר השוואה בין רצפי חומצות האמינו בין שני החלבונים. בתמונה ניתן למצוא את תוצאות העימוד בין LF ל-EF. בשורות המסומנות כ-QUERY מוצג רצף החלבון LF, ובשורות המסומנות כ-SBJCT מוצג הרצף של החלבון EF. כל חומצה אמינית מסומנת באות. לדוגמה – החומצה האמינית אלאנין מסומנת באות A. הינו המקטע בין חומצות האמינו 181-269, בחלבון LF, כמסומן בכתום.

אנתרקס כנשק ביולוגי

בשנת 2001, זמן קצר לאחר פיגועי ה-11 בספטמבר בארצות הברית, נשלחו מעטפות המכילות נבגי אנתרקס למשרדי הניו-יורק פוסט ו-NBC ולמשרדיהם של שני סנאטורים אמריקאיים. 23 אנשים נפגעו באירוע טרור זה. מתוכם 12 איש חלו בגחלת עורית, טופלו באנטיביוטיקה והחלימו. 11 איש חלו בגחלת נשימתית ומתוכם נפטרו 5. למרבה המזל רוב הנפגעים לא נפטרו מהמחלה, אך הפיגוע הביולוגי גרם לבהלה ציבורית גדולה. אירוע זה הוא רק אחד מתוך שורת אירועים בהם היה שימוש באנתרקס כנשק ביולוגי. דוגמאות נוספות ניתן למצוא בלינק.

בחלבון הרעלן, שתי השרשראות (הכבדה והקלה) נשארות מקושרות זו לזו באמצעות קשרים דיסולפידיים. גם במבנה הנוכחי, לפני שלב החיתוך לשתי השרשראות, ניתן להבחין בסמיכות של חומצות האמינו מסוג ציסטאין המאפשרות זה (חומצות האמינו ציסטאין מסומנות בירוק ואילו אטומי הגופרית בצהוב). לעומת זאת, ניתן להבחין בחלבון גם בקיומן של , שאינן מקיימות קשרים דיסולפידיים- בצבעי ירוק כהה מסומנות חומצות האמינו שאינן מקיימות קשרים אלו.

כאשר חלה הדבקות טבעית במחלת הגחלת, ניתן להשתמש באנטיביוטיקה על מנת לרפא את החולה. עם זאת, ניסיונות להנדס גנטית את האנתרקס כך שישמש כנשק ביולוגי רחב היקף עלולים לגרום לקושי רב בטיפול במחלה.

חיסון למחלה

כיום יש שימוש בחיסון המורכב מחיידק אנתרקס מוחלש הניתן בשגרה לחיות משק. עדיין אין שימוש בחיסון נגד אנתרקס באדם, אך התקיימו ניסויים לפיתוח החיסון. בעיות אתיות רבות ליוו ניסויים אלו. לקריאה נוספת

דף עבודה

דף עבודה בנושא [1]

מקורות מידע

[2] [3] [4] [5] [6] [7]