Lisin

Lisin, yang juga dikenal sebagai endolisin atau hidrolase murein, adalah enzim hidrolitik yang diproduksi oleh bakteri inang saat terinfeksi bakteriofag untuk m…

Lisin
Artikel ini bukan mengenai lisina.
Untuk kegunaan lain, lihat Lisin (disambiguasi).
Lisin fag mirip lisozim
Struktur kristal endolisin modular CPL-1 dari fag Streptococcus Cp-1 yang membentuk kompleks dengan analog peptidoglikan. Entri PDB 2j8g.[1]
Pengidentifikasi
Nomor EC3.2.1.17
Nomor CAS9001-63-2
Basis data
IntEnztinjauan IntEnz
BRENDAentri BRENDA
ExPASytinjauan NiceZyme
KEGGentri KEGG
MetaCycjalur metabolik
PRIAMprofil
Struktur PDBRCSB PDB PDBe PDBsum
Ontologi GenAmiGO / EGO

Lisin, yang juga dikenal sebagai endolisin atau hidrolase murein, adalah enzim hidrolitik yang diproduksi oleh bakteri inang saat terinfeksi bakteriofag untuk memecah dinding sel pada tahap akhir siklus litik guna melepaskan partikel virus. Lisin merupakan enzim yang sangat terspesialisasi yang mampu menargetkan salah satu dari lima jenis ikatan dalam peptidoglikan (murein)—komponen utama dinding sel bakteri—sehingga memungkinkan pelepasan virion keturunan dari sel yang mengalami lisis. Arkea yang memiliki dinding sel juga dapat mengalami lisis akibat kerja lisin khusus pemecah pseudomurein,[2] sedangkan sebagian besar virus arkea menggunakan mekanisme alternatif.[3] Demikian pula, tidak semua bakteriofag menyintesis lisin: beberapa fag berukuran kecil dengan genom DNA atau RNA untai tunggal menghasilkan protein membran yang mengaktifkan mekanisme autolitik inang, seperti autolisin.[4]

Struktur kristal endolisin modular CPL-1 dari fag Streptococcus Cp-1 yang membentuk kompleks dengan analog peptidoglikan. Entri PDB 2j8g.[5]

Lisin pertama kali digunakan secara terapeutik pada tahun 2001 dan kini dimanfaatkan sebagai agen antibakteri karena efektivitas serta spesifisitasnya yang tinggi dibandingkan dengan antibiotik, yang rentan terhadap resistensi bakteri.[6] Karena lisin sangat penting bagi kelangsungan hidup bakteriofag, resistensi terhadap lisin merupakan kejadian yang sangat jarang terjadi. Selama pengembangan lisin sebagai agen terapeutik, resistensi belum pernah teramati, bahkan ketika resistensi dipicu secara paksa melalui eksperimen mutagenesis.

Struktur

Lisin fag DNA untai ganda umumnya memiliki ukuran dalam kisaran 25 hingga 40 kDa. Pengecualian yang mencolok adalah endolisin PlyC dari Streptococcus, yang berukuran 114 kDa. PlyC tidak hanya merupakan lisin terbesar dan paling poten, tetapi juga memiliki struktur unik karena tersusun dari dua produk gen yang berbeda, yakni PlyCA dan PlyCB, dengan rasio delapan subunit PlyCB untuk setiap subunit PlyCA dalam konformasi aktifnya.[7]

Semua lisin lainnya bersifat monomerik dan terdiri atas dua domain yang dipisahkan oleh wilayah penghubung pendek. Pada lisin untuk bakteri Gram-positif, domain N-terminus mengkatalisis hidrolisis peptidoglikan, sedangkan domain C-terminus berikatan dengan substrat dinding sel.

Domain katalitik

Domain katalitik berperan dalam pemutusan ikatan peptidoglikan. Secara fungsional, terdapat lima jenis domain katalitik lisin yang dapat dibedakan:

Peptidoglikan terdiri atas asam amino dan gula yang saling terhubung silang, membentuk gula amino yang berselang-seling: N-asetilglukosamina (NAG) dan asam N-asetilmuramat (NAM). Lisin jenis endo-β-N-asetilglukosaminidase memutus ikatan pada NAG, sedangkan lisin jenis N-asetilmuramidase (lisin yang mirip lisozim) memutus ikatan pada NAM. Lisin jenis endopeptidase memutus ikatan peptida apa pun di antara asam-asam amino, sementara lisin jenis N-asetilmuramoil-L-alanina amidase (atau cukup disebut "lisin amidase") menghidrolisis ikatan amida antara gugus gula dan gugus asam amino. Terakhir, lisin jenis γ-D-glutaminil-L-lisin endopeptidase—yang baru ditemukan—memutus ikatan gamma antara residu D-glutamina dan L-lisina. Sebagaimana halnya dengan autolisin, kebingungan awal mengenai spesifisitas pemutusan ikatan oleh enzim-enzim ini telah menyebabkan kesalahan pelabelan nama "lisozim" pada protein yang sebenarnya tidak memiliki aktivitas tersebut.[8]

Biasanya, dua atau lebih domain katalitik yang berbeda terhubung ke satu domain pengikat sel. Hal ini umum ditemukan pada banyak lisin Staphylococcus serta holoenzim PlyC dari Streptococcus, yang memiliki dua domain katalitik.[7][9] Domain katalitik sangat terkonservasi pada lisin fag yang berasal dari kelas yang sama.[6]

Domain pengikat sel

Domain pengikat sel (CBD) berikatan dengan substrat spesifik yang terdapat pada dinding sel bakteri inang, biasanya berupa karbohidrat. Berbeda dengan domain katalitik, domain pengikat sel bersifat variabel; hal ini memungkinkan spesifisitas yang tinggi sekaligus mengurangi resistensi bakteri.[10] Afinitas pengikatan terhadap substrat dinding sel cenderung tinggi, kemungkinan untuk menangkap enzim bebas pada fragmen dinding sel agar enzim tersebut tidak berkompetisi dengan progeni fag dalam menginfeksi bakteri inang di sekitarnya.[11]

Evolusi

Telah dikemukakan bahwa mekanisme utama evolusi pada lisin fag adalah pertukaran unit modular—suatu proses di mana berbagai domain katalitik dan domain pengikat sel saling dipertukarkan antar-lisin—yang menghasilkan kombinasi baru baik dalam hal spesifisitas pengikatan bakteri maupun aktivitas katalitiknya.[12]

Mode aksi

Domain katalitik lisin mendegradasi peptidoglikan secara lokal dengan laju tinggi, sehingga menyebabkan terbentuknya lubang pada dinding sel. Mengingat dinding sel peptidoglikan yang terikat-silang merupakan satu-satunya mekanisme yang mencegah pecahnya sel bakteri secara spontan akibat tekanan internal yang tinggi (3 hingga 5 atmosfer), degradasi enzimatik oleh lisin menyebabkan lisis hipotonik yang bersifat ireversibel. Secara teoretis, berkat sifat katalitik lisin fag, satu molekul enzim saja sudah cukup untuk membunuh bakteri inang dengan memutus jumlah ikatan yang diperlukan, meskipun hal ini belum terbukti secara pasti.[6] Penelitian oleh Loessner dkk. menunjukkan bahwa pemutusan ikatan tersebut biasanya dicapai melalui kerja gabungan dari beberapa molekul lisin pada area spesifik di dinding sel inang. Afinitas pengikatan yang tinggi terhadap substrat dinding sel (mendekati afinitas IgG terhadap substratnya) pada setiap molekul lisin tampaknya menjadi alasan mengapa diperlukan banyak molekul, setiap lisin berikatan sangat kuat pada dinding sel sehingga tidak mampu memutus ikatan dalam jumlah yang cukup untuk menyebabkan lisis jika bekerja sendirian.[11]

Untuk mencapai dinding sel, lisin fag harus melintasi membran sel. Namun, lisin fag umumnya tidak memiliki peptida sinyal yang memungkinkan hal tersebut terjadi. Untuk mengatasi masalah ini, virus fag mensintesis protein lain yang disebut "holin"; protein ini berikatan dengan membran sel dan membentuk lubang pada membran tersebut (sesuai dengan namanya), sehingga memungkinkan lisin menjangkau matriks peptidoglikan. Contoh prototipikal holin adalah protein S pada fag lambda, yang bekerja membantu protein R (lisin) pada fag lambda. Semua holin menyisipkan diri ke dalam membran sel dan memiliki setidaknya dua domain heliks transmembran. Proses pembentukan lubang ini diperkirakan terjadi melalui oligomerisasi holin pada saat spesifik ketika virion keturunan siap untuk dilepaskan.[5][13]

Efikasi

Lisin fag umumnya bersifat spesifik terhadap spesies atau subspesies tertentu, yang berarti lisin tersebut hanya efektif melawan bakteri asal tempat lisin itu diproduksi. Meskipun beberapa lisin hanya bekerja pada dinding sel dari sejumlah filotipe bakteri, telah ditemukan pula lisin berspektrum luas.[14] Demikian pula, terdapat lisin yang tahan panas (termostabil), sehingga lebih mudah digunakan dalam bioteknologi.[15] Terkait penggunaannya sebagai agen antibakteri, lisin terbukti efektif terutama melawan bakteri Gram-positif, karena bakteri Gram-negatif memiliki membran luar yang menghalangi molekul lisin ekstraseluler untuk mencerna peptidoglikan.[6] Namun, lisin yang aktif melawan bakteri Gram-negatif, seperti OBPgp279, telah menarik perhatian sebagai kandidat terapi potensial.[16]

Respons imun

Salah satu aspek paling bermasalah dalam penggunaan lisin fag sebagai agen antimikroba adalah potensi imunogenisitas enzim-enzim ini. Berbeda dengan kebanyakan antibiotik, protein rentan dikenali dan diikat oleh antibodi; hal ini berarti lisin bisa menjadi tidak efektif saat digunakan untuk mengobati infeksi bakteri atau bahkan berbahaya, karena berpotensi memicu respons imun sistemik atau badai sitokin. Meskipun demikian, data eksperimental dari serum kelinci yang kaya akan komponen imun menunjukkan bahwa serum hiperimun memperlambat namun tidak menghentikan aktivitas lisin pneumokokus Cpl-1.[17]

Penggunaan antimikroba

Lisin fag telah berhasil diuji pada model hewan untuk mengendalikan bakteri patogen yang resisten terhadap antibiotik yang ditemukan pada membran mukosa dan dalam darah. Keunggulan utama lisin dibandingkan antibiotik tidak hanya terletak pada rendahnya tingkat resistensi bakteri, tetapi juga pada spesifisitas yang tinggi terhadap patogen target serta rendahnya aktivitas terhadap flora bakteri normal inang.[6]

Lisin pertama kali digunakan secara terapeutik pada hewan pada tahun 2001, dalam sebuah publikasi yang melaporkan keberhasilan dekolonisasi Streptococcus pyogenes pada rongga mulut mencit menggunakan dosis tunggal lisin PlyC yang diberikan secara oral.[18]

Lihat juga

Referensi

  1. ^ Pérez-Dorado I, Campillo NE, Monterroso B, Hesek D, Lee M, Páez JA, García P, Martínez-Ripoll M, García JL, Mobashery S, Menéndez M, Hermoso JA (August 2007). "Elucidation of the molecular recognition of bacterial cell wall by modular pneumococcal phage endolysin CPL-1". J. Biol. Chem. 282 (34): 24990–9. doi:10.1074/jbc.M704317200. hdl:10261/12517. PMID 17581815.
  2. ^ Visweswaran GR, Dijkstra BW, Kok J (November 2010). "Two major archaeal pseudomurein endoisopeptidases: PeiW and PeiP". Archaea. 2010 480492. doi:10.1155/2010/480492. PMC 2989375. PMID 21113291.
  3. ^ Visweswaran GR, Dijkstra BW, Kok J (November 2010). "Two major archaeal pseudomurein endoisopeptidases: PeiW and PeiP". Archaea. 2010 480492. doi:10.1155/2010/480492. PMC 2989375. PMID 21113291.
  4. ^ Quemin ER, Quax TE (5 June 2015). "Archaeal viruses at the cell envelope: entry and egress". Frontiers in Microbiology. 6: 552. doi:10.3389/fmicb.2015.00552. PMC 4456609. PMID 26097469.
  5. ^ a b Young R (September 1992). "Bacteriophage lysis: mechanism and regulation". Microbiological Reviews. 56 (3): 430–81. doi:10.1128/mr.56.3.430-481.1992. PMC 372879. PMID 1406491.
  6. ^ a b c d e Fischetti VA (Oct 2008). "Bacteriophage lysins as effective antibacterials". Current Opinion in Microbiology. 11 (5): 393–400. Bibcode:2008COMb...11..393F. doi:10.1016/j.mib.2008.09.012. PMC 2597892. PMID 18824123.
  7. ^ a b McGowan S, Buckle AM, Mitchell MS, Hoopes JT, Gallagher DT, Heselpoth RD, Shen Y, Reboul CF, Law RH, Fischetti VA, Whisstock JC, Nelson DC (Jul 2012). "X-ray crystal structure of the streptococcal specific phage lysin PlyC". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (31): 12752–7. Bibcode:2012PNAS..10912752M. doi:10.1073/pnas.1208424109. PMC 3412044. PMID 22807482.
  8. ^ Baker JR, Liu C, Dong S, Pritchard DG (October 2006). "Endopeptidase and glycosidase activities of the bacteriophage B30 lysin". Applied and Environmental Microbiology. 72 (10): 6825–8. Bibcode:2006ApEnM..72.6825B. doi:10.1128/AEM.00829-06. PMC 1610294. PMID 17021237.
  9. ^ Navarre WW, Ton-That H, Faull KF, Schneewind O (May 1999). "Multiple enzymatic activities of the murein hydrolase from staphylococcal phage phi11. Identification of a D-alanyl-glycine endopeptidase activity". The Journal of Biological Chemistry. 274 (22): 15847–56. doi:10.1074/jbc.274.22.15847. PMID 10336488.
  10. ^ García E, García JL, García P, Arrarás A, Sánchez-Puelles JM, López R (Feb 1988). "Molecular evolution of lytic enzymes of Streptococcus pneumoniae and its bacteriophages". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 85 (3): 914–8. Bibcode:1988PNAS...85..914G. doi:10.1073/pnas.85.3.914. JSTOR 31364. PMC 279667. PMID 3422470.
  11. ^ a b Loessner MJ, Kramer K, Ebel F, Scherer S (Apr 2002). "C-terminal domains of Listeria monocytogenes bacteriophage murein hydrolases determine specific recognition and high-affinity binding to bacterial cell wall carbohydrates". Molecular Microbiology. 44 (2): 335–49. doi:10.1046/j.1365-2958.2002.02889.x. PMID 11972774.
  12. ^ García P, García JL, García E, Sánchez-Puelles JM, López R (Jan 1990). "Modular organization of the lytic enzymes of Streptococcus pneumoniae and its bacteriophages". Gene. 86 (1): 81–8. doi:10.1016/0378-1119(90)90116-9. PMID 2311937.
  13. ^ Wang IN, Smith DL, Young R (2000). "Holins: the protein clocks of bacteriophage infections". Annual Review of Microbiology. 54: 799–825. doi:10.1146/annurev.micro.54.1.799. PMID 11018145.
  14. ^ Yoong P, Schuch R, Nelson D, Fischetti VA (Jul 2004). "Identification of a broadly active phage lytic enzyme with lethal activity against antibiotic-resistant Enterococcus faecalis and Enterococcus faecium". Journal of Bacteriology. 186 (14): 4808–12. Bibcode:2004JBact.186.4808Y. doi:10.1128/JB.186.14.4808-4812.2004. PMC 438584. PMID 15231813.
  15. ^ Plotka M, Kaczorowska AK, Stefanska A, Morzywolek A, Fridjonsson OH, Dunin-Horkawicz S, Kozlowski L, Hreggvidsson GO, Kristjansson JK, Dabrowski S, Bujnicki JM, Kaczorowski T (Feb 2014). "Novel highly thermostable endolysin from Thermus scotoductus MAT2119 bacteriophage Ph2119 with amino acid sequence similarity to eukaryotic peptidoglycan recognition proteins". Applied and Environmental Microbiology. 80 (3): 886–95. Bibcode:2014ApEnM..80..886P. doi:10.1128/AEM.03074-13. PMC 3911187. PMID 24271162.
  16. ^ Briers Y, Walmagh M, Van Puyenbroeck V, Cornelissen A, Cenens W, Aertsen A, et al. (July 2014). "Engineered endolysin-based "Artilysins" to combat multidrug-resistant gram-negative pathogens". mBio. 5 (4) e01379-14. Bibcode:2014mBio....579.14B. doi:10.1128/mBio.01379-14. PMC 4161244. PMID 24987094.
  17. ^ Loeffler JM, Djurkovic S, Fischetti VA (Nov 2003). "Phage lytic enzyme Cpl-1 as a novel antimicrobial for pneumococcal bacteremia". Infection and Immunity. 71 (11): 6199–204. doi:10.1128/IAI.71.11.6199-6204.2003. PMC 219578. PMID 14573637.
  18. ^ Nelson D, Loomis L, Fischetti VA (Mar 2001). "Prevention and elimination of upper respiratory colonization of mice by group A streptococci by using a bacteriophage lytic enzyme". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 98 (7): 4107–12. Bibcode:2001PNAS...98.4107N. doi:10.1073/pnas.061038398. PMC 31187. PMID 11259652.

Templat:Sugar hydrolases Templat:Enzymes

Content Disclaimer

Informasi ini disarikan dari Wikipedia dan disajikan kembali untuk tujuan edukasi. Konten tersedia di bawah lisensi CC BY-SA 3.0. Kami tidak bertanggung jawab atas ketidakakuratan data yang bersumber dari kontribusi publik tersebut.

  1. The information displayed on this website is sourced in part or in whole from Wikipedia and has been adapted for the purpose of restating it. We strive to provide accurate and relevant information, however:
  2. There is no guarantee of absolute accuracy. Wikipedia is an open, collaborative project that can be edited by anyone, so information is subject to change.
  3. It is not intended to constitute professional advice. The content displayed is for informational and educational purposes only. For important decisions (e.g., medical, legal, or financial), please consult a professional.
  4. Content copyright. Wikipedia is licensed under the Creative Commons Attribution-ShareAlike License (CC BY-SA). This means that content may be reused with appropriate attribution and shared under a similar license.
  5. Responsible use. Any risk arising from the use of information from this website is entirely the responsibility of the user.