المستضد المشترك للبكتيريا المعوية

المستضد المشترك للبكتيريا المعوية ( ECA ) هو مستضد كربوهيدراتي يوجد في الغشاء الخارجي للعديد من أنواع البكتيريا المعوية . ^{[ 1 ]} ويغيب هذا المستضد تمامًا عن البكتيريا الأخرى سالبة الغرام وموجبة الغرام . ^{[ 1 ]} وتُعد بكتيريا Aeromonas hydrophila 209A الكائن الحي الوحيد خارج البكتيريا المعوية الذي يُظهر المستضد المشترك للبكتيريا المعوية. ^{[ 1 ]} هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات لتفسير وجود هذا المستضد في هذا النوع، حيث لا تُظهر أي سلالات أخرى منه هذا المستضد. يتكون المستضد المشترك للبكتيريا المعوية من عديد سكاريد يتألف من وحدات متكررة من ثلاثي السكاريد . وظائف هذه الوحدات قليلة ومثبتة. تشير بعض الأدلة إلى دورها في إمراضية البكتيريا التي تُظهر المستضد المشترك للبكتيريا المعوية. هناك ثلاثة أنواع منفصلة من المستضد المشترك للبكتيريا المعوية، وهي: ECA _PG وECA _LPS وECA _CYC، ولكل منها أطوال مختلفة. يتم التحكم في تخليق المستضد المشترك للبكتيريا المعوية بواسطة أوبيرون wec ، ويتكون من 12 خطوة موصوفة أدناه. نظراً لعدم وجود وظيفة مثبتة لـ ECA، فمن الصعب تحديد أي أهمية سريرية، ومع ذلك، تشير بعض الأدلة إلى أن مصل الإنسان يحتوي على أجسام مضادة ضد ECA.

وُصِفَ اختبار ECA لأول مرة عام 1962 في ورقة بحثية كتبها كالفن إم. كونين وزملاؤه. ^{[ 2 ]} عند توثيق سلالات الإشريكية القولونية المسببة لالتهابات المسالك البولية، عرّض كونين هذه السلالات لأمصال الأرانب وسلالات أخرى متنوعة من الإشريكية القولونية (102 سلالة متجانسة وغير متجانسة). باستخدام التراص السلبي، كشف كونين عن المستضد O الموجود في عديد السكاريد الدهني (LPS) للإشريكية القولونية. خلال التجارب، لاحظ كونين وجود تفاعل متقاطع بين أمصال الأرانب والعديد من سلالات الإشريكية القولونية . أحد هذه الأمصال، O14، تفاعل مع مستضد موجود في نطاق واسع من سلالات الإشريكية القولونية . والجدير بالذكر أن هذا المستضد لم يكن مرتبطًا بالمستضد O لعديد السكاريد الدهني. لاحظ الفريق أن هذا المستضد وُجِد في العديد من سلالات البكتيريا المعوية الأخرى (سالبة الغرام) وغائب في العديد من السلالات موجبة الغرام. أراد كونين تسمية المستضد بالمستضد المشترك (CA)، لكن فريقه أقنعه بإعادة النظر لتجنب الخلط بينه وبين اختصار السرطان. وهكذا، وباسم أكثر تحديدًا، سُمّي المستضد بالمستضد المشترك للبكتيريا المعوية (ECA). ^{[ 2 ] [ 1 ]} مع ذلك، لا يُعبّر عن المستضد المشترك للبكتيريا المعوية بالضرورة في جميع أنواع البكتيريا المعوية. فقدت العديد من المتعايشات الداخلية من رتبة البكتيريا المعوية الجينات اللازمة لتخليق المستضد المشترك للبكتيريا المعوية. ^{[ 1 ]} إضافةً إلى ذلك، تُعدّ بكتيريا Aeromonas hydrophila 209A الكائن الحي الوحيد خارج رتبة البكتيريا المعوية الذي يُعبّر عن المستضد المشترك للبكتيريا المعوية. ومع ذلك، لا تزال هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات لتفسير وجود هذا المستضد في هذا النوع، إذ لا تُعبّر عنه أي سلالات أخرى من هذا النوع. ^{[ 1 ]} ولا يزال البحث في المستضد المشترك للبكتيريا المعوية مستمرًا.

تقع الجينات المسؤولة عن تنظيم وضبط عملية تخليق مركب ECA ضمن أوبيرون يُسمى أوبيرون wec . يبدأ هذا الأوبيرون عند السنتيسوم 85.4 على كروموسوم الإشريكية القولونية K-12. يحتوي أوبيرون wec ، فيما يتعلق بمركب ECA، على عدة جينات تؤدي أدوارًا مهمة في تثبيط وتجميع هذا المركب، وتشمل هذه الجينات، على سبيل المثال لا الحصر ، wecB وwecC وwecD وwecE وwecA و wecG . ^{[ 1 ]}

يتكون عديد السكاريد للمستضد المعوي الشائع (ECA) من وحدات متكررة من ثلاثي السكاريد. يتكون هذا الثلاثي من N- أسيتيل جلوكوزامين ( GlcNAc )، وN- أسيتيل- D- مانوزامينورونيك أسيد ( ManNAcA )، و4-أسيتاميدو-4،6-ديديوكسي- D-جالاكتوز ( Fuc4NAc ) . يرتبط GlcNAc بـ ManNAcA برابطة ألفا 1،4. ويرتبط ManNAcA بـ Fuc4NAc برابطة بيتا 1،4. وترتبط كل وحدة ثلاثية السكاريد كاملة بالوحدات الأخرى برابطة ألفا 1،3 من Fuc4NAc إلى GlcNAc. ^{[ 1 ] [ 3 ] [ 4 ]}

توجد ثلاثة أنواع من عديدات السكاريد خارج الخلية (ECA) كاملة التكوين: ECA _PG وECA _LPS وECA _CYC . ^{[ 1 ] [ 5 ] [ 4 ]} وبغض النظر عن طولها، ترتبط عديدات السكاريد بجزيء ثنائي أسيل جليسرول برابطة فوسفودايستر ، وتستقر على الغشاء الخارجي للبكتيريا. ومثل ECA _PG ، تستقر ECA _LPS على الغشاء الخارجي للبكتيريا وترتبط بجزيء دهني. لا ترتبط ECA _LPS بالدهون فحسب، بل ترتبط أيضًا بنواة من عديدات السكاريد الشحمية (LPS). أما النوع الأخير من ECA فهو ECA _CYC ، والذي يختلف عن النوعين الآخرين في أنه يوجد فقط في السيتوبلازم ، ويتكون من عديد السكاريد المرتبط في حلقة. ومن الخصائص المميزة الأخرى لـ ECA _CYC الطول الإجمالي لسلسلة ثلاثي السكاريد. يتراوح طول ECA _CYC عادةً من 4 إلى 6 وحدات، بينما يتراوح طول ECA _LPS وECA _{PG من 1 إلى 14 وحدة.} ^{[ 6 ]}

تتميز الأنواع الثلاثة من ECA بخصائص مختلفة، لكنها تشترك في بعض السمات الأساسية، وأهمها عملية تركيب وحدة ECA. تتم عملية تركيب وحدة ECA بواسطة عدة إنزيمات. يُنقل كل سكر أحادي مكون للوحدة بواسطة فوسفات أونديكابرينيل (UDP) إلى حامل دهني يتكون من حوالي 55 وحدة إيزوبرينويد في الغشاء الداخلي. يُضاف كل سكر أحادي إلى الحامل الدهني لتكوين سكر ثلاثي مرتبط بالدهون. الإنزيمات التي تحفز نقل مجموعات السكريات الأحادية من فوسفات أونديكابرينيل إلى وحدة السكر الثلاثي ECA المتكونة هي إنزيمات Wec. تفاصيل عملية التركيب موضحة أدناه: ^{[ 1 ] [ 7 ] [ 6 ]}

الخطوة الأولى: يقوم إنزيم WecA بأخذ جزيء GlcNAc من UDP-GlcNAc وربط GlcNAc-1-phosphate بناقل إيزوبرينويد. يُسمى الناتج Lipid I _ECA .

الخطوة 2: يقوم WecB بأخذ UDP-GlcNAc وتحويله إلى شكل فراغي عند ذرة الكربون 2. وهذا ينتج عنه UDP-N-acetylmannosamine .

الخطوة 3: يقوم WecC بتكوين UDP-ManNAcA من UDP-N-acetylmannosamine (من الخطوة 2) عن طريق اختزال NAD+ إلى NADH.

الخطوة 4: يأخذ إنزيم WecG جزيء ManNAcA من UDP-ManNAcA (من الخطوة 3) ويضيفه إلى Lipid I _ECA (من الخطوة 1). ينتج عن هذه العملية Lipid II _ECA . عند هذه النقطة، يرتبط اثنان من الكربوهيدرات الثلاثة التي تُشكل الوحدة المتكررة لـ ECA. تُهيئ الخطوات التالية (من 5 إلى 8) السكر الأحادي النهائي الذي سيُنقل إلى Lipid II _ECA لتكوين Lipid III _ECA ، الذي يحتوي على وحدة ثلاثية السكاريد ECA كاملة.

الخطوة 5: يتحد الجلوكوز-1-فوسفات، وdTTP، وH+ في تفاعل يحفزه RmIA _ECA لتكوين dTDP-جلوكوز.

الخطوة 6: يعمل NAD+ كعامل مساعد لإنزيم RmIB _ECA لتحويل dTDP-glucose (من الخطوة 5) إلى dTDP-4-keto-6-deoxy-D-glucose. يحدث هذا من خلال سلسلة من تفاعلات الأكسدة والاختزال وتفاعل نزع الماء .

الخطوة 7: يضيف WecE مجموعة أمينية من بقايا الغلوتامات إلى dTDP-4-keto-6-deoxy-D-glucose (من الخطوة 6) لصنع dTDP-4-amino-4,6-dideoxy-aD-galactose (dTDP-Fuc4N)

الخطوة 8: يعمل أسيتيل-CoA كعامل مساعد للإنزيم WecD، مما يجعل dTDP-Fuc4NAc أسيتيل dTDP-Fuc4N (من الخطوة 7).

الخطوة 9: يأخذ إنزيم WecF جزيء Fuc4NAc من dTDP-Fuc4NAc (من الخطوة 8) ويضيفه إلى الليبيد II (ECA) لتكوين الليبيد III _ECA . عند هذه النقطة، تكون وحدة السكريات الثلاثية الكاملة موجودة على الجانب السيتوبلازمي للغشاء الداخلي مرتبطة بحامل ليبيدي (الليبيد III _ECA ). تحدث خطوة التخليق النهائية، وهي البلمرة، على الجانب المحيط بالبلازما من الغشاء الداخلي.

الخطوة 10: يقوم WzxE، وهو إنزيم قلب ، بقلب الليبيد III من الجانب السيتوبلازمي للغشاء الداخلي إلى الجانب المحيط بالبلازما للغشاء الداخلي.

الخطوة 11: يقوم WzyE ببلمرة ثلاثي السكريات ECA عن طريق أخذ وحدة ECA من حامل الدهون و WzxE. ثم يُعاد حامل الدهون إلى الجانب السيتوبلازمي من الغشاء لتكوين وحدة ثلاثية السكريات ECA أخرى.

الخطوة 12: يتم إيقاف سلسلة ECA المتنامية عند الطول المناسب بواسطة WzzE عبر آلية غير معروفة. ينتج عن هذه الخطوات الاثنتي عشرة سلسلة طويلة من وحدات ECA مرتبطة بحامل دهني من نوع إيزوبرينويد. ومن هنا، يتخصص عديد السكاريد ECA إلى نوع ECA النهائي الذي سيصبح عليه.

لصنع ECA _PG ، يُستخلص عديد السكاريد ECA من حامل الليبيد الإيزوبرينويدي ويُضاف إلى ليبيد آخر غير معروف. والمنتج النهائي، ECA _PG ، هو بوليمر ECA مرتبط برابطة فوسفودايستر مع ثنائي أسيل جليسرول. ^{[ 1 ]}

لإنتاج _{عديد السكاريد} ECA ، يقوم إنزيم WaaL بأخذ عديد السكاريد ECA من حامل الإيزوبرينويد وإضافته إلى عديد السكاريد الأساسي لـ LPS. تتشابه عملية تصنيع ECA عمومًا في العديد من الخطوات مع عملية تصنيع LPS، وأبرز أوجه التشابه هو استخدام بروتيني WzxE و WzzE. ^{[ 1 ]}

لا تزال آلية تصنيع ECA _CYC غير معروفة إلى حد كبير. وقد ثبت سابقًا أن ECA _CYC يُصنّع في الحيز المحيط بالخلية، وأن هذه الآلية تتضمن WzzE. ومن هناك، يُنقل ECA _CYC عائدًا عبر الغشاء الداخلي إلى السيتوبلازم بآلية لم تُحدد بعد. ^{[ 7 ]}

نظراً للارتباط الوثيق بين عملية التخليق الحيوي لـ ECA وعمليات أخرى مثل تخليق المستضد O والببتيدوغليكان ، يصعب تحديد وظائف محددة لـ ECA في الأنواع المختلفة. ^{[ 1 ]} تُظهر أنواع البكتيريا المعوية التي تمت زراعتها لفترات طويلة انخفاضاً ملحوظاً في تخليق السلسلة O مع الحفاظ على استقرار ECA. تُظهر العديد من تجارب تعطيل الجينات أنه عند تغيير الجينات المشاركة في تخليق ECA، تُلاحظ حساسيات جديدة. من المقبول أن ECA يلعب دوراً في الإمراضية. ^{[ 1 ]}

يوجد مستضد ECA في جميع أنواع البكتيريا المعوية، ولكن عددًا قليلًا جدًا منها يمتلك أجسامًا مضادة لهذا المستضد. وهذا يشير إلى أنه على الرغم من امتلاك جميع السلالات لمستضد ECA، فإن عددًا قليلًا جدًا منها ينتج مستضد ECA مناعيًا. ^{[ 1 ]}

أشارت العديد من الدراسات إلى وجود تراكيز منخفضة من الأجسام المضادة لـ ECA في مصل الدم البشري قبل توفر سلالات ECA المعدلة وراثيًا. وتشمل القيم المذكورة عيارًا إجماليًا للأجسام المضادة لـ ECA، بالإضافة إلى الأجسام المضادة المرتبطة بمستضدات بروتينية مشتركة بين بكتيريا الأمعاء . وقد تم الكشف عن الأجسام المضادة لـ ECA في مصل الدم البشري بعد الإصابة ببكتيريا الإشريكية القولونية، أو سلالات يرسينيا المعوية O3، أو التهاب المفاصل المرتبط ببكتيريا بروتيوس ميرابيليس . ^{[ 1 ]}

سعت العديد من الدراسات إلى تحديد مدى أهمية دور ECA في الإمراضية، وحتى في ظل الظروف التجريبية، كانت الحماية التي توفرها استجابة الأجسام المضادة ضئيلة ومؤقتة في كل من التحصين النشط والسلبي. ^{[ 1 ] [ 4 ]}