Şarbon Enfeksiyonu

Tanım

Şarbon enfeksiyonu gram pozitif bakteri olan Bacillus Anthracis’ten kaynaklanmaktadır. Hemolitik olmayan, hareketsiz ve aerobik olan bu bakteri türü tropikal ortamların topraklarında kolaylıkla bulunabilmektedir. Bu toprakların önemli özelliklerinden olan şiddetli yağmur ve sıcaklık da şarbon salgınlarını önemli ölçüde etkilemektedir. Ayrıca bu bakteri, çevrede senelerce yaşayabilen sporlar oluşturabilir ve şarbon hastalığı da bu sporlar ile bulaşmaktadır. Otçul hayvanlar genellikle topraktan aldığı besinler sebebiyle bu hastalığa yakalanırlar. 1937’de Max Sterne tarafından bir aşının geliştirilmesinden önce sığır, domuz, at, keçi ve koyunlarda ölümlerin ana nedeni şarbon hastalığı olmuştur. Hastalık insanlara, hasta hayvanlarla veya onların yün, deri, et vb. ürünlerine temas yoluyla bulaşır.

B. Anthracis’in yaşam döngüsü iki formdan oluşur; vejetatif form ve uykuda olan sporlar. B. Anthracis‘in sporülasyonu; genellikle bakteri, konakçının ölümünden sonra toprağa salındığında ortaya çıkan bir savunma mekanizmasıdır ve B. anthracis, spor proteinlerinin önemli bir bölümüne sahiptir, spor morfogenezini korumaktadır. Spor birkaç katmandan oluşur. Çekirdek, proteinlerle çevrelenmiş genetik materyali içerir. Kalın proteinli bir kaplama korteksi çevreler ve iç çekirdeği koruyarak dehidrasyonu (su kaybı) önler. Sporlar son derece dirençlidir ve doğru çevresel koşullar sağlandığında uzun süre yaşayabilmektedir.

Sporlar, enfekte olmuş konağın vücudunda filizlendikten sonra bakteri, şarbon toksini üretecektir. Bu üçlü bakteri toksini, reseptör bağlayıcı alt birim, koruyucu antijen (PA) ve iki enzimatik alt birim olan öldürücü ve ödem faktöründen (LF ve EF) oluşur. Birlikte, bu alt birimler iki aktif toksin oluşturabilir: ölümcül toksin (PA + LF) ve ödem toksini (PA + EF). Toksinlerin, konağın hücrelerini etkilemek için, toksinin iki enzimatik alt biriminin hareket ettiği hücre sitoplazmasına erişmesi gerekir. Bunu yapmak için ortak bir patojen stratejisi olan hücresel yolları ele geçirir.

Şarbon toksini için, iki ana reseptör vardır: sırasıyla 2001 ve 2003’te keşfedilen tümör endotel markır-8 (TEM8, ANTXR1) ve kapiler morfogenez geni 2 (CMG-2, ANTXR2). Bugüne kadar elde edilen sonuçların çoğu, reseptörlerin hücre dışı matriksin homeostazisinde rol oynadığına işaret etmektedir. İntegrinlere benzerlikleri göz önüne alındığında, kolajenler ve fibronektin gibi hücre dışı matrisin (ECM) proteinlerine bağlanıyor gibi görünmektedirler.

Hem CMG-2 hem de TEM8, van Willebrand faktör A (vWA) alanlarını (domainler) içeren, tek bir transmembran sarmal ve bir sitoplazmik kuyruğu olan tip I transmembran proteinleridir. vWA alanı ligand bağlanmasında rol oynar ve bunu metal iyona bağımlı yapışma bölgesi (MIDAS) domaini aracılığıyla yapar. CMG-2 ve TEM8’in vWA alanları yüksek oranda korunmuş olsa da, PA’nın CMG-2 için afinitesi daha yüksektir. Hücre yüzeyinde reseptöre bağlandıktan sonra PA83, furin benzeri proteazlar tarafından bölünür ve daha kısa bir form olan PA63 üretilir. Reseptör-toksin oligomerleri, plazma membranının alt alanlarında kümelenir.Lipid sallara ayrılma, TEM8 kuyruğunun palmitoilasyonu ile kontrol edilir. Palmitoilasyon, reseptörü lipid sallarından uzak tutar ve palmitoilasyondan yoksun TEM8 hızla içselleşerek bu sürecin ince ayarlı zamanlamasını bozar. Bu süreçlerin bu zamanlaması ve doğru işleyişine, reseptör kuyruğunun diğer translasyon sonrası modifikasyonları da aracılık eder. Her iki reseptör de PA bağlanmasına yanıt olarak Src veya Fyn tarafından tirozin kalıntıları (rezidüleri) üzerinde fosforile edilir.

Hetero-oligomerik toksin-reseptör kompleksi daha sonra, alternatif yollar mevcut olabilse de, esas olarak klatrin aracılı endositoz tarafından benimsenir. İlginç bir şekilde, şarbon toksininin klatrine bağımlı endositozu, daha yaygın AP2’den ziyade, geleneksel olmayan AP1 adaptörüne bağlıdır. Toksinin hücrelere girişini sağlamada bir diğer önemli görevli aktin hücre iskeletidir. Toksin bağlanmasından sonra her iki reseptörün endositozu aktine bağlıdır. Toksin girişinin aktin hücre iskeletinin yeniden düzenlenmesine bağlı olduğu da öne sürülmüştür.

PA, hücre yüzeyinden özümsendikten sonra, endozomlardaki düşük pH ile tetiklenen konformasyonel bir değişikliğe uğrar ve enzimatik alt birimler için translokasyon kanalı görevi gören bir gözenek oluşturur. Sitoplazmaya ulaşmak için EF ve LF, PA gözeneğinden ya doğrudan sitoplazmaya ya da önce intralüminal veziküllere (ILV) translokasyon ve endozomların sınırlayıcı membranı ile geri füzyonu yoluyla translokasyon yapar. İlk olarak, enzimatik alt birimler, ILV’nin lümeninde lizozomal enzimlerden korunmuş olarak kalabilir ve in vivo olarak gözlemlendiği gibi toksinin uzun vadeli etkisine izin verir. Ayrıca, ILV’lerde ikamet ederek, toksin hücre dışı ortama eksozomlar olarak salınabilir ve reseptörden bağımsız olarak hücrelerde kalabilir. Bu da bağışıklık sisteminden kaçabilmesine olanak tanır. Tüm bu mekanizma toksinin hem uzun vadeli depolanmasına hem de uzun menzilli aktarımına izin verir. Şarbon toksininin uzun vadeli güçlü aktivitesi, hastaların neden hala bu hastalığa yenik düştüğünü açıklayabilir.

Yapılan çalışmalar ZDHHC5 aktivitesinin, şarbon öldürücü toksin için oldukça önemli olduğunu göstermektedir. Şarbon öldürücü toksinler; aktivasyon için, proprotein konvertaz Furin ve PC7’yi kullanabilen protoksinlere (öncü formlar) sahiptir. ZDHHC5, protoksinleri aktifleştirmekte önemli rol oynamaktadır. Ayrıca Furin ve PC7’nin, ZDHHC5’in substratları olduğu da ortaya çıkmıştır. ZDHHC5’in Furin / PC7 vasıtasıyla şarbon toksini bölünmesi üzerindeki etkisi ikili olup, dolaylı ve doğrudan bir bileşene sahiptir. İlk olarak ZDHHC5, endositik yolu etkileyerek Furin ve PC7 dahil olmak üzere hücresel proteinlerin bir alt kümesinin trafiğini ve homeostazisini etkilemektedir. İkinci olarak, proteaz aktivitesini kendi başına inhibe etmemekle birlikte, şarbon toksininin bölünmesi için ZDHHC5 vasıtasıyla Furin / PC7 palmitoilasyon gereklidir.

Özetle toksin, endozomlara ulaşmak için genellikle CMG-2 ve TEM8’in (reseptörler) endositik yolunu ele geçirir. Sonrasında, toksinin gözenek oluşturan alt birimi endozomal membranlara girer ve iki katalitik alt birimin translokasyonunu sağlar. Gözenek oluşturucu birimin yerleştirilmesi tercihen endozomun zarından ziyade lümen içi veziküllerde meydana gelir ve bu, veziküllerin lümenindeki enzimatik alt birimlerin yer değiştirmesine yol açar. Sonuçta, toksinler, hedefledikleri sitozole ulaşır. Hedefteki değişim, hücre davranışı üzerinde, özellikle bağışıklık sistemi hücreleri üzerinde ciddi sonuçlar doğurur.

Şarbon, düşük enfektif doz ile yüksek morbidite (hastalığa tutulan) ve mortalite (ölüm oranı) oranlarına sebebiyet verdiğinden biyolojik silah olabilme özelliğine sahiptir. Hızlı tanı kitlerinin eksik olması, etkili aşı eksikliği, çevrede korku yaratması, geniş patojen bulunabilirliğinin olması, üretim fizibilitesi (elverişlilik), çevresel istikrarlılık açısından da biyolojik silah olmaya yatkın özellikler gösterir.

Kaynaklar:

1. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30610172/
2. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29661872/
3. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26978402/
4. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26805886/
5. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28418302/
6. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29939550/
7. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30571000/

Editör: Mehdi Koşaca