Lysozym ( engelska lysozyme , från andra grekiska λύσις - "unbindning, sönderdelning" och enzym ; EC 3.2.1.17) är ett antibakteriellt medel, ett enzym av hydrolasklassen som förstör bakteriers cellväggar genom hydrolys av peptidoglykan (murein ) . Lysozym erhålls huvudsakligen från proteinet i kycklingägg [1] . Liknande enzymer finns också i djurorganismer, främst på platser för kontakt med miljön - i slemhinnan i mag-tarmkanalen, tårvätska , bröstmjölk , saliv , nasofaryngealt slem, etc. Stora mängder lysozym finns i saliv, vad förklarar dess antibakteriella egenskaper. I human bröstmjölk är koncentrationen av lysozym mycket hög (cirka 400 mg/l). Detta är mycket mer än i kon. Samtidigt minskar inte koncentrationen av lysozym i bröstmjölk med tiden, sex månader efter ett barns födelse börjar den öka.
Vätskor som innehåller lysozym, såsom äggvita och bröstmjölk, har använts för att behandla ögoninfektioner sedan antikens Rom. Vid sekelskiftet 1700- och 1800-talet upptäckte forskare de antibakteriella egenskaperna hos leukocyter , komjölk, höbacill , äggprotein och nässlem [2] . I synnerhet Maurice Nicole 1907 talade om den bakteriolytiska effekten av höbacill [3] , och Pavel Nikolayevich Lashchenkov 1909 föreslog närvaron av proteolytiska enzymer i proteinet i kycklingägg [4] .
År 1921 beslutade Alexander Fleming , som upplevde influensaliknande symtom, att odla sitt nässlem med den sjukdomsframkallande mikroorganismen. Fyra dagar senare lyckades han föda upp en koloni av Gram-positiva kocker, som han gav mellannamnet "AF coccus". Efter att ha återhämtat sig bestämde han sig för att testa Felix d'Herelles hypotes om bakteriofagers roll i bildandet av förvärvad immunitet genom att lägga partiklar av hans nässlem till rätter som odlats med stammar av pneumokocker, stafylokocker och AF-kockbakterier. Under experimentet visade det sig att tillväxten av mikroorganismer inte förhindras av ett virus, utan av närvaron av ett enzym som orsakar bakteriell lysis . Därefter upptäcktes detta enzym av honom i andra biologiska vätskor [5] [6] . Almroth Wright , Flemings ledare, föreslog att enzymet skulle kallas "lysozym" och bakterierna som är känsliga för det, Micrococcus lysodeikticus [2] .
Efter den första euforin i jakten på antibakteriella medel visade sig lysozym vara av litet kliniskt värde som antibakteriellt medel, och efter upptäckten av penicillin bleknade intresset för lysozym tills hönsäggvitelysozym (HEWL) isolerades och renades.
Den tredimensionella strukturen av lysozym erhölls först av David Chilton Phillips (1924-1999) 1965, när han fick den första modellen med röntgenkristallografi [7] [8] . Strukturen presenterades offentligt vid en kunglig institutionsföreläsning 1965 [9] . Lysozym blev den andra proteinstrukturen och den första enzymstrukturen som erhölls genom röntgenkristallografi, och det första enzymet som innehöll den fullständiga sekvensen av alla tjugo standardaminosyrorna [10] .
HEWL är en 14,3 kDa polypeptidkedja innehållande 129 aminosyrarester med fyra intramolekylära disulfidbryggor och en isoelektrisk punkt nära ≈ 11,3; det är lättlösligt i vatten. [elva]
Som ett enzym katalyserar HEWL hydrolysen av B-1,4-glykosidbindningen mellan N-acetylmuraminsyra och N-acetylglukosamin i peptidoglykanen i bakteriecellväggen. Historiskt sett är detta protein ett av de mest studerade proteinerna inom biokemiområdet. Till skillnad från de flesta proteiner kristalliserar lysozym lätt och dessa kristaller har goda brytningsegenskaper. Den fullständiga primära strukturen av HEWL belystes först 1963 [12] och lite senare, 1965, skapades en tredimensionell struktur av HEWL. Att dechiffrera den tredimensionella strukturen av HEWL och HEWL-substratkomplexet öppnade vägen för att förstå detaljerna hos lysozym och mekanismen för dess katalytiska aktivitet.
Studier på HEWL-aggregation blev viktiga när punktmutationer i humant lysozym (med vilket HEWL delar 60% sekvensidentitet) visade sig korrelera med ärftlig systemisk amyloidos [13] .
Denna sällsynta sjukdom var symptomatisk, med avlagring av amyloidfibriller av humant lysozym (ibland i kilogram) i njurarna, mag-tarmkanalen, lymfkörtlarna, blodkärlen, mjälten och levern. Lysozym är kanske det enda enzymet som naturligt bildar amyloid.
Humant lysozym är ett glykosidas som fungerar som ett antibakteriellt medel. Humant lysozym (EC 3.2.1.17) innehåller 130 rester som tillhör klassen C-typ och är brett distribuerat i olika vävnader och kroppsvätskor, inklusive lever, ledbrosk, blod, saliv, tårvätska och mjölk [14] . Den kodas av en gen som ligger på den 12:e kromosomen och består av 4 exoner och 3 introner. [femton]
Lysozym hydrolyserar övervägande B-1,4-glykosidbindningar mellan N-acetylmuraminsyra och N-acetylglukosamin som finns i peptidoglykanstrukturen i cellväggen hos vissa mikroorganismer, särskilt grampositiva bakterier, och spelar därför en roll i värdens försvar. Enzymet får muraminsyrasockret att vara i en ansträngd konformation, och med den kombinerade verkan av två nyckelrester - glutaminsyra i position 35 och asparaginsyra i position 52 - hydrolyserar glykosidbindningar.
Lysozym är starkt uttryckt i hematopoetiska celler, där det finns i granulocyter, monocyter och makrofager, såväl som deras prekursorer i benmärgen. Den vanliga plasmakoncentrationen av lysozym är 4 till 13 mg/l, men endast spår av det kan ses i urinen hos friska individer. Innehållet av lysozym i bröstmjölk är cirka 0,4 mg/ml, i tårvätskan 7 mg/ml, i saliv 0,2 mg/ml. Normalt producerar en person cirka 1500 ml saliv per dag, vilket totalt innehåller cirka 300 mg lysozym. Baserat på dessa data kan det beräknas att spottkörtlarna i genomsnitt på 1 timme producerar 12,5 mg endogent lysozym [16] . Totalt produceras cirka 500 mg lysozym per dag i hela kroppen, men proteinets livslängd i plasma är mycket kort; 75 % eluerar inom 1 timme, främst genom njurarna [17] . Allvarligt förhöjda lysozymkoncentrationer i plasma och urin är förknippade med en rad patologiska tillstånd och har övervakats i många år som en möjlig markör för monocytisk leukemi, men samtidigt, som i fallet med patienter med myeloproliferativa störningar, med normal njurfunktion , produktionen av lysozym ökar upp till 4 gånger.
Under de senaste 30 åren har humant lysozym och HEWL använts som referensram för att studera många aspekter av proteinstruktur och funktion, inklusive proteinstabilitet och proteinveckning. Sex naturligt förekommande mutationer i humant lysozym [18] och aminosyrasubstitutioner (alla lokaliserade i B-domänregionen av den naturliga strukturen av lysozym) [19] har identifierats . Mutationer resulterar i flera proteinvarianter (I56T, F57I, W64R, D67H, T70N och F57I/T70N eller W112R/T70N). Alla dessa varianter, förutom T70N, har associerats med systemisk amyloidos som involverar njurar, lever och mjälte [13] , medan den icke-amyloidogena T70N-varianten är ganska vanlig i den normala brittiska befolkningen.
Inom livsmedelsindustrin är det registrerat som en livsmedelstillsats E1105 (konserveringsmedel).
Inom medicin, som ett lokalt antiseptiskt medel [20] - är den huvudsakliga aktiva ingrediensen i läkemedlet " Lyzobakt ", "Lyzobakt Complit", i Ukraina används det under handelsnamnet "Lysobakt" [21] . Under namnet "Lyso-B" blev det det första utländska lysozyminnehållande läkemedlet som registrerades i Sovjetunionen och har använts flitigt i Ryssland sedan 1982 [22] . Under denna tid har ett stort antal kliniska studier genomförts. De visade effekten och säkerheten av läkemedlet Lizobact hos barn och vuxna för behandling av akuta infektionssjukdomar i de övre luftvägarna, ÖNH-organen, inflammatoriska sjukdomar i parodontiet och munhålan, vid rehabilitering av barn med frekventa luftvägssjukdomar.
I avsaknad av kontraindikationer (allergi mot kycklingäggprotein) kan lysozym tas av kvinnor under graviditeten. Så amerikanska FDA erkände lysozymets höga säkerhetsprofil. I detta avseende har lysozym status som ett "allmänt erkänt som säkert (GRAS) tillägg" [23] . Dessutom har immunologiska studier på marsvin, kaniner och människor visat att lysozym har mindre sensibiliserande potential än andra hönsäggproteiner.
Lysozym verkar på mikroorganismceller på två sätt [24] .
Enzymet angriper peptidoglykaner (särskilt murein ), som är en del av bakteriens cellväggar (särskilt mycket av det i cellväggarna hos grampositiva bakterier - upp till 50-80%). Lysozym hydrolyserar β(1→4)-glykosidbindningen mellan N-acetylmuraminsyra och N-acetylglukosamin . I detta fall binder peptidoglykan till enzymets aktiva plats (i form av en ficka) som ligger mellan dess två strukturella domäner. Lysozymets sorptionscentrum representerar 6 fickor (A, B, C, D, E, F), och i A, C och E kan endast N-acetylglukosamin binda, och i B, D och F - både N-acetylglukosamin och N -acetylmuraminsyra. Substratmolekylen i det aktiva stället antar en konformation nära den för övergångstillståndet. I enlighet med Phillips-mekanismen binder lysozym till en hexasackarid och omvandlar sedan den fjärde resten i kedjan till en vridstolskonformation. I detta stressade tillstånd bryts glykosidbindningen mellan D- och E-centra lätt. Lysozyminhibitorn är i synnerhet N-acetylglukosamintrisackarid, som binder till katalytiskt inaktiva ställen A, B och C och förhindrar substratbindning.
Lysozym innehåller i det aktiva stället två aminosyrarester som är nödvändiga för katalys: glutaminsyra i position 35 och asparaginsyra i position 52. Resterna av glutaminsyra (Glu35) och asparaginsyra (Asp52) är kritiska för enzymets funktion, och Asp52 joniseras, medan Glu35 inte är det. Vissa författare tror att Glu35 fungerar som en protondonator under klyvningen av substratets glykosidbindning, vilket förstör bindningen, medan Asp52 fungerar som en nukleofil under bildandet av en mellanprodukt, glykosylenzymet. Då reagerar glykosylenzymet med en vattenmolekyl, vilket resulterar i att enzymet återgår till sitt ursprungliga tillstånd och en hydrolysprodukt bildas [25] . Denna enzymatiska egenskap finns i alla typer av lysozym av olika ursprung och återspeglas i en av de mycket använda varianterna av namnet på detta protein - muramidas.
Andra författare tror att reaktionen fortskrider genom bildandet av en karboxoniumjon stabiliserad av den laddade karboxylgruppen i Asp52, medan frisättningen av alkohol katalyseras av den allmänna baskatalysmekanismen av den oladdade karboxylgruppen Glu35. [26] .
Lysozymmolekyler är inbäddade i bakteriecellmembranet och bildar porer i det. På grund av denna mekanism kan lysozym inte bara orsaka osmotisk död hos en bakteriecell, utan ökar också permeabiliteten hos bakteriella membran för andra antimikrobiella molekyler, inklusive antibakteriella farmakologiska substanser. [27]
Dessa vägar bestämmer effekterna och verkan av lysozym på olika typer av mikroorganismer och det allmänna tillståndet av immunitet.
Lysozym har två verkningsmekanismer på bakterier [24] : enzymatisk och katjonisk. Närvaron av två komplementära bakteriedödande mekanismer minskar sannolikheten för fullständigt undvikande av patogena bakterier av den antibakteriella effekten av lysozym. Om det finns en modifiering av peptidoglykanstrukturen, vilket ökar mikroorganismens resistens mot lysozyms enzymatiska verkan, och även med fullständig förlust av cellväggen (L-form), bör bakterier i en eller annan grad behålla känslighet för de katjoniska verkningsmekanismerna för detta protein [28] . I Östeuropa har HEWL framgångsrikt använts i kombination med antibiotika för att behandla bronkit och lunginflammation hos personer utan respiratorisk eller systemisk toxicitet [29] än i kontrollgruppen. Emotionell ton, aptit, normalisering av sömn hos barn som behandlats med Lysobact inträffade 1-3 dagar snabbare än hos patienter som endast behandlades med huvudterapin. Hos barn som fick Lysobact som en del av ett komplex av terapeutiska åtgärder fortskred luftvägssjukdomen utan komplikationer [30] .
De svampdödande effekterna av lysozym beskrevs första gången vid 1960- och 1970 -talens skiftning [31] [32] [33] Under elektron- och ljusmikroskop fann man att lysozym, som i fallet med bakterieceller, verkar på svampar i två olika komplementära sätt mekanismer: enzymatisk hydrolys av N-glykosidbindningar som binder polysackarider och strukturella glykopeptider i cellväggen; skada på det cytoplasmatiska membranet av den katjoniska mekanismen. Lysozymets katjoniska natur och dess förmåga att sönderfalla och öka permeabiliteten hos svampcellmembranet kompletterar de enzymatiskt bestämda antifungala effekterna av lysozym, vilket i allmänhet för dessa försvarsmekanismer närmare de mot bakterier [34] [35] .
En av de första (1973) den antivirala effekten av detta protein beskrevs av H. Arimura. Enligt hans data minskade lysozym isolerat från den mänskliga moderkakan adsorptionen av ectromeliavirus på cellytan, i samband med vilket antagande gjordes om den viktiga skyddande rollen av detta protein under graviditeten, när några andra länkar av anti-infektionsskydd är delvis undertryckta [36] . Senare visade S. Lee-Huang et al., förmågan hos hönsäggproteinlysozym, såväl som human typ C-lysozym isolerat från olika källor (urin, mjölk och neutrofiler), att dosberoende hämma HIV-1-replikation i kulturer av T-lymfocyter och monocyter som är känsliga för detta virus. Ett brett spektrum av koncentrationer (0,01–10 μg/ml) där detta protein uppvisade virostatiska effekter är anmärkningsvärt [37] . Lysozymets egenskap att binda DNA och RNA upptäcktes också. Interaktionen mellan lysozym och relaterade molekyler med nukleinsyror bekräftades med olika metoder (gelelektrofores, bestämning av enzymatisk aktivitet, samutfällning) och gjorde det möjligt för författarna att formulera tesen att det är denna egenskap hos lysozym som ligger till grund för dess förmåga att utöva en undertryckande effekt på HIV-1-replikation och, möjligen andra virus [38] . I vävnadsodling hämmar lysozym reproduktionen av virus genom att stimulera syntesen av interferon. Interferoner är ett vanligt namn som för närvarande används för att gruppera ett antal proteiner med liknande egenskaper som utsöndras av kroppens celler som svar på invasionen av viruset. Verkan av interferon är inte associerad med en direkt effekt på virus eller celler, dvs. interferon verkar inte utanför cellen. Adsorberas på cellens yta eller penetrerar in i cellen, det påverkar processerna för virusreproduktion eller cellproliferation genom cellgenomet (aktiverar syntesen av enzymer och inhibitorer som blockerar translationen av viralt mRNA, och skyddar därigenom närliggande celler från virusinfektion ). Tack vare interferoner blir cellerna immuna mot viruset. De antivirala effekterna av lysozym har studerats i relation till:
Lysozyms potential att förebygga COVID-19-sjukdomen och minska sannolikheten för att sjukdomen utvecklas från mild till svår form studeras aktivt. [45] [46]
Det antas att den primära replikationen av SARS-CoV-2-viruset sker i de övre luftvägarna. Lysozym hämmar virusinträde genom att binda till cellulära receptorer eller viruset - kräver katjonisk och hydrofob natur snarare än enzymatisk aktivitet; verkar på receptorn till vilken SARS-CoV-2-viruset fäster; skadar virusets skal; hämmar virusinducerad cellfusion. Detta påverkar infektionen, reproduktionen och spridningen av viruset i kroppen. [46] . Påverkar cellsignalering, inklusive NF-KB-vägen, vilket påverkar infektionskänsligheten. Binder nukleinsyror [47] .
Den sekundära immunmodulerande effekten av lysozym betraktas vanligtvis endast i samband med frisättningen av immunstimulerande lågmolekylära fragment efter förstörelsen av peptidoglykanen i bakteriecellsväggar. Som ett resultat av muramidasaktivitet ger lysozym faktiskt en ökning av den lokala nivån av NOD2- och NOD1-agonister (muramylpeptider) [48] , kända som stimulatorer av viktiga medfödda försvarsmekanismer mot patogena mikroorganismer [49] [50] [51 ] . Samtidigt har in vivo-modeller av infektioner visat att lysozymbrist inte bara leder till expansion av K. pneumoniae, Streptococcus pneumoniae och vissa andra patogener, utan också till en minskning av produktionen av antiinflammatoriska cytokiner, i synnerhet IL-10 [52] [53] . Eftersom lysozym finns på slemhinneytan ökar kroppens ospecifika motstånd och främjar en ökning av produktionen av sekretoriskt IgA, den viktigaste adaptiva komponenten av slemhinneimmunitet [54] . Funktionen av extracellulärt (inklusive externt infört) lysozym i saliv och andra biologiska sekret minskar mängden substrat (oklyvd polymer peptidoglykan av bakteriecellväggar) för intracellulärt lysozym i makrofager och neutrofiler och undertrycker därigenom överdriven aktivering av dessa celler, migration av pro-inflammatoriska celler och oxidativ stress [55] Nivån av lacrimal lysozym är en av de relevanta biomarkörerna för mukosal immunkompetens och kan förutsäga risken för infektion med övre luftvägsinfektioner [56] I samband med sökandet efter effektiva och icke -toxiska medel för behandling och förebyggande av sjukdomen orsakad av SARS-CoV-2 2020 studier av lysozym har genomförts. Man drog slutsatsen att Lysozym har en positiv stimulerande effekt på immunförsvaret, men samtidigt försvagar de negativa effekterna av en överdriven reaktion av immunsystemet på infektion [45] . Det är nu känt att svår SARS-CoV-2 är associerad med oxidativ stress (inklusive AGE-engagemang), inflammation orsakad av neutrofiler och makrofager, TNF-α och IL-6 cytokiner och ett aktiverat RAS-system [45] . Lysozym spelar en viktig roll i den systemiska begränsningen av inflammation, vilket leder till en minskning av immunpatologin och sannolikheten för övergången av sjukdomen från mild till svår form. Lysozym verkar på mikrober i neutrofiler och makrofager, vilket ökar deras antiinflammatoriska svar. När lysozym frisätts av dessa celler och epitelceller i det extracellulära utrymmet, minskar det också den totala inflammationen och minskar oxidativ explosion och kemotaxi i neutrofiler. Det undertrycker produktionen av TNF-α och IL-6 av makrofager, binder och minskar nivåerna av cirkulerande AGE, ökar deras utsöndring genom njurarna och exogent lysozym försämrar förmågan hos peptidoglykan att binda komplementfaktorer som fungerar som anafylotoxiner. Dessutom visade kycklingäggproteinlysozym (HEWL), vid modellering av intestinal matsmältning, en märkbar antioxidant- och ACE-hämmande aktivitet [57] . Oral administrering av lysozym i djurmodeller och i humanstudier visar dess förmåga att systemiskt begränsa inflammation, vilket resulterar i en minskning av immunpatologi [45] .
Ordböcker och uppslagsverk | |
---|---|
I bibliografiska kataloger |
|
Hydrolaser ( EC 3): glykosylhydrolaser ( EC 3.2.1) | |
---|---|
|
Antimikrobiella peptider : innehållet i granulocytgranulat | |
---|---|
Azurofila granulat : |
|
Specifika neutrofila granuler : |
|
Eosinofila granulat : |
|
Antivirala medel för systemisk användning - ATC -J05 | ||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Enligt ATC- klassificering | ||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||
Andra oklassificerade droger |