Mecanismo de acción de la toxina alfa hemolisina de Escherichia coli / Action mechanism of Escherichia coli alpha-hemolysin toxin / Mecanismo de ação da toxina alfa-hemolisina de Escherichia coli

Escherichia coli es una de las bacterias anaerobias facultativas más predominantes en el intestino, siendo, en la mayoría de los casos, inocua para el huésped. Existen cepas que traslocan al torrente sanguíneo causando enfermedades extraintestinales como infecciones urinarias, septicemia y meningitis. Dentro de éstas se encuentran las cepas uropatogénicas (Uropathogenic Escherichia coli: UPEC), que secretan varios factores de virulencia. Estos últimos incluyen: toxinas, sistemas de adquisición de hierro, adhesinas y antígenos capsulares. Las principales toxinas secretadas son: alfa-hemolisina (HlyA) y el factor necrotizante citotóxico 1 (CNF-1). En esta revisión se presenta una descripción exhaustiva de HlyA, incluyendo su síntesis, maduración y exportación desde la bacteria. La acilación de la proteína en dos residuos internos de lisina la convierte en una toxina muy virulenta al exponer regiones intrínsecamente desordenadas que son esenciales en diferentes pasos del mecanismo de acción de la misma. Específicamente, la exposición de estas regiones está involucrada en interacciones proteína-proteína dentro del proceso de oligomerización. La formación del oligómero es responsable de la permeabilidad inducida en las células blanco. Finalmente, basado en los conocimientos acerca de las características estructurales y funcionales de HlyA, se presentan potenciales usos de HlyA en terapias basadas en toxinas.

Escherichia coli is one of the predominant species of facultative anaerobes in the human gut, and in the majority of the cases it is harmless to the host. Some strains of this species can translocate to blood and cause infection such as urinary infection, septicemia and meningitis. These are the uropathogenic E. coli strains (UPEC) that secrete a number of virulence factors. The latter include a number of secreted toxins, iron-acquisition systems, adhesins, and capsular antigens. Secreted toxins include HlyA, the cytotoxic necrotizing factor-1 (CNF-1). In this review an exhaustive description of the toxin has been delineated, including its synthesis, maturation, and export from the bacteria. The acylation of the protein at two internal lysine residues gives the toxin its virulence, by exposing intrinsic disordered regions that are essential in different steps of the toxin's mechanism of action. The further exposure of regions involved in the protein-protein interaction within the oligomerization process is responsG-ible for the permeability induced in all the target cells. Based on the already known structural and functional characteristics of HlyA, the potential use in toxin-based therapy is presented.

Escherichia coli é uma das bactérias anaérobias facultativas mais predominantes no intestino, sendo na maioria dos casos inócua para o hóspede. Há cepas que passam ao torrente sanguíneo causando doenças extraintestinais como infecção urinária, septicemia e meningite. Dentro destas se encontram as cepas uropatogênicas (Uropathogenic Escherichia coli: UPEC) que secretam varios fatores de virulência. Estos últimos incluem: toxinas, sistemas de aquisição de ferro, adesinas e antígenos capsulares. As principais toxinas secretadas são: alfa hemolisina (HlyA) e o fator necrotizante citotóxico 1 (CNF-1). Nesta revisão apresenta-se uma descrição exaustiva de HlyA incluindo sua sintese, seu amadurecimento e exportação a partir da bactéria. A acilação da proteína em dois residuos internos de lisina a transforma numa toxina muito virulenta ao expor regiões intrinsecamente desordenadas que são essenciais em diferentes passos do mecanismo de ação da mesma. Especificamente, a exposição destas regiões esta envolvida em interações proteína-proteína dentro do processo de oligomerização. A formação do oligômero é responsável pela permeabilidade induzida nas células alvo. Finalmente, com base nos conhecimentos acerca das características estruturais e funcionais de HlyA, apresentam-se potenciais usos de HlyA em terapias baseadas em toxinas.

Avances en el desarrollo de terapias neutralizantes en la sepsis / Advances in the development of neutralizing therapies for sepsis

El lipopolisacarido bacteriano (LPS), tambien denominado endotoxina, es el constituyente mayoritario de la membrana externa de bacterias Gram negativas. Esta molecula es liberada de la bacteria a la circulacion exhibiendo una amplia variedad de efectos toxicos y pro-inflamatorios, los cuales estan asociados al lipido A y a su vez estan relacionados a la patogenesis de la sepsis. Muchos de los fenomenos fisiologicos producidos por el LPS resultan de la capacidad de esta molecula de activar las celulas del sistema inmune del huesped, entre ellas monocitos, macrofagos y leucocitos polimorfonucleares. Este proceso produce una inflamacion local, proceso beneficioso para el huesped. Sin embargo, si la cantidad de LPS liberado excede cierta concentracion critica umbral, la exacerbada liberacion de citoquinas inflamatorias como Factor de Necrosis Tumoral (TNF-alfa) e interleuquinas (IL) resulta en sepsis grave, lo que hace necesario encontrar nuevas opciones terapeuticas capaces de neutralizar la endotoxina circulante. En este articulo se presenta una revision actualizada de los resultados experimentales obtenidos in vivo e in vitro empleando proteinas y peptidos sinteticos con la finalidad de neutralizar el LPS, y las perspectivas que en este area ofrece el uso de lipoproteinas, en particular la apolipoproteina A-I y formas mutantes o peptidos derivados de esta proteina.

Lipopolisaccharide (LPS), also called endotoxin, is the major component of the external membrane in Gram negative bacteria. This molecule is released to circulation by the bacteria, producing a large variety of toxic and pro-inflammatory effects which are associated with lipid A as well as with sepsis pathogenesis. Many physiological henomena produced by LPS arise from this molecule's capacity to activate cells in the host immune system such as monocytes, macrophages and polymorphonuclear leukocytes. This process leads to a local inflammation, and it is beneficial for the host. However, if the amount of LPS released exceeds the critical concentration thresholdan augmented release of inflammatory cytokines as TNF-alfa, and interleukines (IL) produce a severe sepsis. This fact led us to find therapeutical alternatives able to neutralize circulating endotoxin. This work is focused on the experimental results obtained in vivo and in vitro using synthetic proteins and peptides in order to neutralizeLPS, and on future perpectives in this research area that offer the use of lipoprotein and in particular apolipoprotein A-I and mutants or peptides derived from this protein.

Aplicaciones terapeuticas de toxinas liticas formadoras de poros: potencialidades de alfa-hemolisina de Escherichia coli / Therapeutic applications of pore-forming lytic toxins: potential use of Escherichia coli alpha-hemolysin

Many infectious bacteria export soluble proteins which can damage the plasma membrane of eukaryotic cells. Most often they are directed against leukocytes for the purpose of reducing the immune response of the host. In some cases, these toxins are also hemolytic. It has been proposed that both leukotoxic and hemolytic activities could derive from the pore formation in the membranes of the attacked cells. The study of these molecules is not only important from the point of view of basic studies to determine the mechanism of action, but also for potential application in biotechnology and medicine. These molecules increase the cell susceptibility to chemotherapy and also can be employed to destroy specifically cancer cells. On the other hand, it is possible to incorporate toxin molecules in liposomes, transforming them in to biosensors or as controlled drug delivery systems. This aspect has not been extensively explored in Escherichia coli alpha-hemolysin, in which the presence of different functional and structural domains in this molecule could be taken advantage of.

Vectores lipidicos. Nuevas estrategias aplicadas a la terapia génica / Lipid vectors. New strategies for gene therapy

A diferencia del resto de las moléculas biológicas, los fosfolípidos son capaces de autoensamblarse espontáneamente. Con ellos es relativamente simples generar estructuras selladas extremadamente estables, de tamaño, forma y empaquetamiento controlables, llamadas liposomas. En este artículo revisaremos el uso de liposomas para generar vectores que mejoren los procesos de transfección en células eucarioticas, tanto in vivo como in vitro. Empleando vectores lipídicos, es potencialmente posible enviar selectivamente un segmento de AND a cualquier sitio del cuerpo, forzarlo a ingresar al interior celular y aun controlar el destino intracelular de la carga transportada. La clave del éxito de la transfección por medio de vectores lipídicos radica en que protegen mecánicamente al AND de la degradación plasmática, ofreciendo a la vez la oportunidad de controlar su biodistribuición, independientemente del tamaño del segmento de AND que se quiera expresar. Asimismo, son no carcinogénicos y pobremente inmunogénicos. Los avances en la química de sintésis de lípidos permitirán construir vectores cada vez más eficientes, que capitan con los altos niveles de transfección de los vectores virales, sumado a las ventajas de extrema versatilidad, facilidad de preparación y bioseguridad propias de la moléculas autoensamblables.