FLAGELINA: STRUKTUR DAN FUNGSI - BIOLOGI - 2025

The flagellin adalah protein dari filamen, yang merupakan struktur yang merupakan bagian dari flagela bakteri. Sebagian besar bakteri hanya memiliki satu jenis flagellin. Namun, beberapa memiliki lebih dari dua.

Ukuran molekul protein ini bervariasi antara 30 kDa dan 60 kDa. Misalnya pada Enterobacteriaceae ukuran molekulnya besar, sedangkan pada bakteri air tawar tertentu ukurannya kecil.

Sumber: Fasilitas Mikroskop Elektron Dartmouth, Dartmouth College

Flagellin adalah faktor virulensi yang memungkinkan adhesi dan invasi sel inang. Selain itu, ia adalah penggerak kuat dari banyak jenis sel yang terlibat dalam respons imun bawaan dan adaptif.

Ultrastruktur flagel dan mobilitas

Flagel ditambatkan ke permukaan sel. Ini terdiri dari tiga bagian: 1) filamen, yang memanjang dari permukaan sel dan merupakan struktur silinder berongga yang kaku; 2) badan basal, yang tertanam di dinding sel dan lapisan membran, membentuk beberapa cincin; dan 3) pengait, suatu struktur lengkung pendek yang menghubungkan badan basal dengan filamen.

Tubuh basal adalah bagian paling kompleks dari flagel. Dalam bakteri gram negatif ia memiliki empat cincin yang terhubung ke kolom tengah. Dalam gram positif ia memiliki dua cincin. Gerakan rotasi flagel terjadi di tubuh basal.

Lokasi flagela pada permukaan bakteri sangat bervariasi antar organisme, dan mungkin: 1) monoterik, dengan hanya satu flagela; 2) kutub, dengan dua atau lebih; atau 3) peritrichous, dengan banyak flagela lateral. Ada juga endoflagella, seperti pada spirochetes, yang terletak di ruang periplasmik.

Helicobacter pylori sangat mudah bergerak karena memiliki enam hingga delapan flagela unipolar. Gradien pH melalui mukus memungkinkan H. pylori mengorientasikan dirinya dan memantapkan dirinya di area yang berdekatan dengan sel epitel. Pseudomonas memiliki flagel kutub, yang menunjukkan kemotaksis dari gula dan dikaitkan dengan virulensi.

Struktur flagellin

Ciri yang mencolok dari urutan protein flagellin adalah bahwa daerah N-terminal dan C-terminalnya sangat terkonservasi, sedangkan daerah pusat sangat bervariasi antara spesies dan subspesies dari genus yang sama. Hipervariabilitas ini bertanggung jawab atas ratusan serotipe Salmonella spp.

Molekul flagellin berinteraksi satu sama lain melalui daerah terminal dan berpolimerisasi untuk membentuk filamen. Dalam hal ini, daerah terminal terletak di bagian dalam struktur silinder dari filamen, sedangkan bagian tengah terbuka ke arah luar.

Tidak seperti filamen tubulin yang terdepolimerisasi tanpa garam, filamen bakteri sangat stabil di dalam air. Sekitar 20.000 subunit tubulin membentuk filamen.

Dua jenis flagellin dipolimerisasi dalam filamen H. pylori dan Pseudomonas aeruginosa: FlaA dan FlaB, yang dikodekan oleh gen fliC. FlaAs bersifat heterogen dan dibagi menjadi beberapa subkelompok, dengan massa molekul bervariasi antara 45 dan 52 kDa. FlaB homogen dengan massa molekul 53 kDa.

Seringkali residu lisin flagelin dimetilasi. Selain itu, terdapat modifikasi lain seperti glikosilasi FlaA dan fosforilasi residu tirosin FlaB yang fungsinya masing-masing adalah virulensi dan sinyal ekspor.

Pertumbuhan filamen flagela pada bakteri

Momok bakteri dapat dihilangkan secara eksperimental, dan regenerasinya dapat dipelajari. Subunit flagellin diangkut melalui wilayah internal struktur ini. Ketika mereka mencapai yang ekstrim, subunit ditambahkan secara spontan dengan bantuan protein ("protein topi") yang disebut HAP2 atau FliD.

Sintesis filamen terjadi melalui perakitan sendiri; artinya, polimerisasi flagellin tidak membutuhkan enzim atau faktor.

Informasi untuk perakitan filamen ditemukan di subunit itu sendiri. Jadi, subunit flagellin berpolimerisasi untuk membentuk sebelas protofilamen, yang membentuk satu protofilamen lengkap.

Sintesis flagellin P. aeruginosa dan Proteus mirabilis dihambat oleh antibiotik seperti eritromisin, klaritromisin, dan azitromisin.

Flagellin sebagai penggerak sistem kekebalan tubuh

Studi pertama menunjukkan bahwa flagellin, pada konsentrasi subnanomolar, dari Salmonella, adalah penginduksi sitokin yang kuat dalam garis sel promonositik.

Selanjutnya, ditunjukkan bahwa induksi respon pro-inflamasi melibatkan interaksi antara flagellin dan reseptor pada permukaan sel sistem imun bawaan.

Reseptor permukaan yang berinteraksi dengan flagellin adalah tipe tol-5 (TLR5). Selanjutnya, penelitian dengan flagellin rekombinan menunjukkan bahwa, ketika tidak memiliki daerah hipervariabel, ia tidak dapat menginduksi respon imun.

TLR5 hadir dalam sel sistem kekebalan, seperti limfosit, neutrofil, monosit, makrofag, sel dendritik, sel epitel, dan kelenjar getah bening. Di usus, TLR5 mengatur komposisi mikrobiota.

Bakteri gram negatif biasanya menggunakan sistem sekretorik tipe-III untuk mentranslokasi flagellin ke dalam sitoplasma sel inang, memicu serangkaian kejadian intraseluler. Dengan demikian, flagellin di lingkungan intraseluler dikenali oleh protein dari keluarga NAIP (protein penghambat apoptosis / keluarga NLR).

Selanjutnya, kompleks flagellin-NAIP5 / 6 berinteraksi dengan reseptor mirip NOD, yang menghasilkan respon host terhadap infeksi dan kerusakan.

Flagellin dan tumbuhan

Tumbuhan mengenali protein ini melalui jalur flagellin sensing 2 (FLS2). Yang terakhir adalah kinase reseptor kaya-berulang leusin dan homolog dengan TLR5. FLS ”berinteraksi dengan wilayah terminal-N flagellin.

Pengikatan flagellin ke FLS2 menghasilkan fosforilasi jalur MAP kinase, yang berpuncak pada sintesis protein yang memediasi perlindungan terhadap infeksi oleh jamur dan bakteri.

Di beberapa tanaman nightshade, flagellin juga dapat mengikat reseptor FLS3. Dengan cara ini, mereka melindungi diri dari patogen yang menghindari pertahanan yang dimediasi oleh FLS2.

Flagellin sebagai pembantu

Adjuvan adalah bahan yang meningkatkan respons seluler atau humoral terhadap antigen. Karena banyak vaksin menghasilkan respon imun yang buruk, diperlukan adjuvan yang baik.

Sejumlah penelitian menunjukkan keefektifan flagellin sebagai adjuvan. Investigasi ini terdiri dari penggunaan flagellin rekombinan dalam vaksin, dievaluasi menggunakan model hewan. Namun, protein ini belum lolos uji klinis Tahap I.

Di antara flagelin rekombinan yang dipelajari adalah: flagellin - epitop 1 dari virus influenza hematoglutinin; flagellin-epitope dari Schistosoma mansoni; flagellin - toksin stabil panas dari E. coli; flagellin - protein permukaan Plasmodium 1; dan flagellin - protein selubung dari virus Nil, di antara rekombinan lainnya.

Ada beberapa keuntungan menggunakan flagellin sebagai adjuvan dalam vaksin untuk digunakan manusia. Keunggulan tersebut adalah sebagai berikut:

1) Efektif pada dosis yang sangat rendah.

2) Mereka tidak merangsang respon IgE.

3) Urutan bahan pembantu lain, Ag, dapat dimasukkan ke dalam urutan flagellin tanpa mempengaruhi jalur pensinyalan flagellin melalui TLR5.

Penggunaan flagellin lainnya

Karena gen flagellin menunjukkan variasi yang luas, mereka dapat digunakan untuk deteksi spesifik, atau untuk identifikasi spesies atau strain.

Sebagai contoh, kombinasi PCR / RFLP telah digunakan untuk mempelajari distribusi dan polimorfisme gen flagellin pada isolat E. coli dari Amerika Utara.

Referensi

1. Hajam, IA, Dar, PA, Shahnawaz, I., Jaume, JC, Lee, JH 2017. Bacterial flagellin - agen imunomodulator yang kuat. Kedokteran Eksperimental dan Molekuler, 49, e373.
2. Kawamura-Sato, K., Inuma, Y., Hasegawa, T., Horii, T., Yamashino, T., Ohta, M. 2000. Pengaruh konsentrasi subinhibitor makrolida pada ekspresi flagellin di Pseudomonas aeruginosa dan Proteus mirabilis. Agen Antimikroba dan Kemoterapi, 44: 2869–2872.
3. Mizel, SB, Bates, JT 2010. Flagellin sebagai adjuvan: mekanisme dan potensi seluler. Jurnal Imunologi, 185, 5677-5682.
4. Prescott, LM, Harley, JP, Klain, SD 2002. Mikrobiologi. Mc Graw-Hill, New York.
5. Schaechter, M. 2009. Desk ensiklopedia mikrobiologi. Academic Press, San Diego.
6. Winstanley, C., Morgan, AW 1997. Gen flagellin bakteri sebagai biomarker untuk deteksi, genetika populasi dan analisis epidemiologi. Mikrobiologi, 143, 3071-3084.