La alfatoxina , también conocida como alfa-hemolisina (Hla), es el principal agente citotóxico liberado por la bacteria Staphylococcus aureus y el primer miembro identificado de la familia de las toxinas beta-barril formadoras de poros . [1] Esta toxina se compone principalmente de láminas beta (68%) con solo aproximadamente un 10% de hélices alfa . El gen hly en el cromosoma de S. aureus codifica el monómero proteico de 293 residuos, que forma unidades heptaméricas en la membrana celular para formar un poro de barril beta completo . Esta estructura permite que la toxina realice su función principal: el desarrollo de poros en la membrana celular, lo que eventualmente causa la muerte celular.
Se ha demostrado que la alfa-toxina desempeña un papel en la patogénesis de la enfermedad, ya que las cepas knockout muestran reducciones en su invasividad y virulencia. [2] La dosis de toxina puede dar lugar a dos modos diferentes de actividad. Las concentraciones bajas de toxina se unen a receptores de la superficie celular específicos, pero no identificados, y forman los poros heptaméricos. Este poro permite el intercambio de iones monovalentes, lo que resulta en la fragmentación del ADN y eventualmente en la apoptosis . [3] Las concentraciones más altas dan como resultado que la toxina se absorba de manera no específica en la bicapa lipídica y forme poros grandes que permiten el Ca 2+ . Esto a su vez da como resultado una necrosis masiva y otras reacciones celulares secundarias desencadenadas por la entrada incontrolada de Ca 2+ . [3]
La estructura de la proteína se resolvió mediante cristalografía de rayos X y se deposita en el PDB con el código de identificación 7ahl. [4] Siete monómeros contribuyen cada uno con una larga horquilla beta a un barril beta de catorce hebras que forma un poro en la membrana celular. Este poro tiene 14 Ångström de ancho en su punto más estrecho. Este ancho equivale al diámetro de aproximadamente 4 iones de calcio.
Recientemente, estudios han demostrado que la alfa-toxina desempeña un papel en la inducción de la apoptosis en determinadas células inmunitarias humanas. La incubación de células T , monocitos y linfocitos de sangre periférica con alfatoxina purificada o lisado de células de S. aureus dio como resultado la inducción de apoptosis a través de la vía de muerte intrínseca . [3] Esta actividad se inhibió cuando se introdujeron dos anticuerpos anti-alfa-toxina diferentes. En el mismo estudio, se demostró que la toxina alfa activa las caspasas 8 y 9 , que a su vez activan la caspasa 3 , lo que provoca una degradación masiva del ADN y apoptosis. Se demostró que esta actividad es independiente de la vía del receptor de muerte.
La alfatoxina es también uno de los factores clave de virulencia en la neumonía por S. aureus . [5] El nivel de toxina alfa expresado por una cepa particular de S. aureus se correlaciona directamente con la virulencia de la cepa. [2] Investigaciones recientes han demostrado que la inmunización con una forma mutante de alfa-toxina que ya no es capaz de formar poros protege contra la neumonía por S. aureus en ratones. Además, la introducción de anticuerpos específicos de la alfa-toxina en un animal no inmunizado protege contra infecciones posteriores. Los cultivos de células epiteliales de pulmón humano incubadas con anti-alfa-toxina e infectadas con S. aureus mostraron marcadas reducciones en el daño celular en comparación con las células de control. Como muchas cepas de S. aureus están demostrando ser resistentes a la mayoría de los antibióticos disponibles, el siguiente paso para tratar este patógeno puede ser atacar específicamente los factores de virulencia con anticuerpos.
La alfa-hemolisina se ha utilizado ampliamente en la investigación académica como sensor de nanoporos de una sola molécula . En 1996 se demostró por primera vez que los ácidos nucleicos monocatenarios pueden detectarse mediante mediciones electrofisiológicas a medida que se translocan a través de un poro de alfa-hemolisina incrustado en una bicapa lipídica. [6] Este fue un hito importante en el desarrollo de la secuenciación de nanoporos .