Text redactat en basc i traduït automàticament per Elia i sense revisió posterior. MOSTRA L’ORIGINAL

Tos: una mirada pròxima

La tos és una infecció respiratòria contagiosa causada pel bacteri Bordetella pertussis que pot ser letal per a unes certes poblacions. Encara que les campanyes d'immunització a nivell mundial han contribuït a alleujar la situació, es registren pics cada 3-5 anys. Sense anar més lluny, Osakidetza va anunciar una compareixença a Guipúscoa al juny de 2023. En aquesta revisió hem treballat la malaltia, el bacteri i els seus factors de virulència.

---

Amuategi Aulestiarte, Jone Alonso Estrada, Rocio Ostolaza Etxabe, Helena

---

---

EU ES FR

EN CA GA

---

Partekatu

en 2019, les infeccions per vies respiratòries baixes van matar a 2,4 milions de persones a tot el món [38], i els nens menors de 5 anys i les persones majors van ser els més afectats [43]. Els responsables d'aquestes infeccions són virus o bacteris patògens, i el bacteri de la pneumònia, per exemple, provoca gairebé la meitat de les morts [29, 43]. No es pot deixar de citar els virus de la família Coronaviridae, els causants de la constipat comú i les malalties SARS, MERS o COVID-19. En aquesta revisió, no obstant això, s'ha tractat de la tos ferina, la qual és causada per la perussis baciste de Bordetella.

El retorn d'una vella malaltia

La tos o tos ferina és una malaltia amb un nom peculiar. No obstant això, recull adequadament el so respiratori que produeixen les persones infectades entre un episodi de tos i el següent. Encara que en un principi pot semblar-se a la tos normal, els símptomes poden durar setmanes o mesos. Pot provocar dificultats respiratòries, episodis tos bruscos i febre, entre altres. En els nounats l'apnea també és freqüent. Si la malaltia no se supera en les etapes inicials, pot provocar la mort en els casos més greus, i el 90% dels pacients moren per pneumònia [23].

Aquesta infecció continua afectant i matant a molts nens en el món, però amb les vacunes puc evitar-la [16]. Segons l'últim informe publicat per l'Organització Mundial de la Salut (OMS), abans que estiguessin disponibles les vacunes contra la tos ferina, era una de les malalties més freqüents en la infància. en les dècades de 1950 i 1960, les campanyes de vacunació d'alt nivell van fer que la incidència i la mortalitat descendissin un 90%, almenys als països industrialitzats (OMS, 2021).

Cada país pot tenir la seva pròpia campanya d'immunització. Per exemple, la web del Centre Europeu per al Control i la Prevenció de les Malalties (ECDC) recull informació sobre programes europeus. No obstant això, en aquest moment, el més habitual és que la vacuna contra la diftèria, tètanus i tos ferina sigui alhora. Es recull al llarg de la infància en tres dosis. D'acord amb les recomanacions a nivell mundial, en 2021 la cobertura d'immunització en el nivell mitjà d'aquesta vacuna va ser del 81%, la més baixa des de 2008 [35].

Com ja s'ha dit, les vacunes recollides en la infància tenen, en la majoria dels casos, símptomes molt lleus. A més, les vacunes que van rebre les mares durant l'embaràs també han ajudat a evitar l'hospitalització i la mort dels nens. En aquest cas, la mare transmetrà al nen, a través de la placenta, els anticossos que generi, i així li protegirà [23].

La tos és causada per un bacteri anomenat Bordetella pertussis que pot contaminar-se en entrar en contacte amb secrecions de les vies respiratòries o gotes de saliva. Jules Bordet i Octave Gengou van ser identificats, aïllats i sembrats per primera vegada en 1906 [4]. Gràcies a això i a altres troballes relacionades amb la immunitat, Bordet va rebre el Premi Nobel de Medicina i Fisiologia en 1919.

Imatge esquemàtica de la Bordetella pertussis i els seus factors de virulència. Ed. Creat a través de Biorender.com.

Encara que la malaltia és coneguda des de fa temps, no podem superar-la ja que el nombre de contagis augmenta cada 3-5 anys. En l'actualitat es tracta d'un problema dels serveis sanitaris d'àmbit professional en diferents països. Així, tota Europa es troba en situació d'epima des de 2011 (ECDC), mentre que a Euskadi Osakidetza va informar d'una compareixença al juny de 2023 en Gipi.

La veritat és que fa ja alguns anys que l'OMS va expressar la seva preocupació i va reconèixer que l'auge de la malaltia s'està produint a nivell mundial. A diferència d'altres infeccions respiratòries, en aquest cas els brots no són uniformes, és a dir, no estan associats a llocs ni estacions concretes. Alguns estudis epidemiològics indiquen que l'augment pot estar associat a la pèrdua d'immunitat [22, 20, 34]. En altres paraules, la immunitat contra la tos de bufó és provisional i, per tant, té data de caducitat. Les estimacions indiquen que la immunitat natural dura fins als 3,5-30 anys i l'obtinguda a través de les vacunes, entre 4 i 14 anys. Per tant, una vegada passada la malaltia és molt habitual que es torni a contagiar. No obstant això, la gravetat dels símptomes està lligada al temps transcorregut des de l'obtenció de la immunitat [46].

Per les membranes cel·lulars

El bacteri B. pertussis té una afinitat específica amb la mucosa de les vies respiratòries humanes. Això significa que té la capacitat de pegar-se. Utilitza diversos factors de virulència per a envair i viure en les vies respiratòries altes i baixes. Alguns ajuden a adherir-se a les cèl·lules amfitriones i altres a utilitzar la capa d'epiteli per a millorar i evitar el sistema immunitari. Si el lector desitja obtenir més informació sobre aquests factors de virulència, li convidem a llegir les revisions ondo [15, 9].

És una llarga llista de les monopatías utilitzades per aquest bacteri per a l'atac. Entre ells es troba la toxina porus-motriu Adenilato Ziklasa, una proteïna que ataca a les cèl·lules del sistema immunitari. D'aquesta manera, les defenses humanes són febles i el bacteri pot estendre's fàcilment en el cos [25, 7].

Les toxines porus-motores (en anglès, Pore-forming toxins) no poden descriure's com a perforadores biològiques, ja que formen canals aquosos que vomiten la membrana d'un costat a un altre [8, 30]. Les membranes biològiques són bastides robustes i dinàmiques que mantenen la integritat i l'arquitectura de la cèl·lula. Estan formats per lípids, proteïnes i sucres que distingeixen el mitjà intern i extern de les cèl·lules [45]. També regulen què es pot introduir o sortir de la cèl·lula. Per tant, la seva deterioració pot causar la mort de la cèl·lula [3, 24, 47]. En tots els regnes vitals podem trobar un organisme que produeix algun tipus de toxina porus-motriu: bacteris patògens, nematodes, fongs, protozous paràsits, granotes, plantes i organismes més desenvolupats [19]. No obstant això, aquestes toxines són similars als mecanismes moleculars utilitzats per a atacar les cèl·lules.

Actuació de proteïnes poroactivas en la membrana cel·lular. Ed. Creat a través de Biorender.com.

La toxina Adenilato Ziklasa, igual que altres proteïnes porus-motrius, pot posar-la de forma molt especial. En un principi, quan el bacteri produeix i segrega al mitjà extern, és soluble en aigua i oculta a les regions hidrofòbiques. En canvi, quan es troba amb la cèl·lula hoste, canvia d'aspecte: mostra aquestes regions que estaven protegides de l'aigua i s'insereix en la membrana [8, 17, 32, 42]. A continuació, per a formar el porus, s'uneixen diverses proteïnes que formen una estructura més complexa. Així funcionen les colònies, les citoolisinas, les hemolisinas, les toxines diftèria, els antígens protectors de la toxina antrax o les toxines porus-actives de la família Repeats in ToXins (RTX) [28]. La pròpia formació del porus és un procés molt dinàmic i, per tant, difícil d'observar. Això és un repte per als investigadors.

Lípids i proteïnes, quin parell!

Els agents porosos de toxines, sovint acompanyats de lípids de membrana, per a la seva correcta inserció en la membrana cel·lular. Els lípids poden ajustar directament o indirectament el procés. D'una banda, poden interactuar de manera específica amb les proteïnes [26, 36, 4o]; d'altra banda, les característiques biofísiques de la membrana (fluïdesa, separació de fases, gruix, tensió, etc.) poden modular-los [10, 21, 39]. Per tant, poden canviar l'estructura i funció de la proteïna.

El colesterol de membrana, per exemple, controla l'activitat d'una gran varietat de receptors de membrana a través d'interaccions específiques. Així mateix, algunes proteïnes poden contenir regions que coneixen específicament el colesterol, com els receptors de neurotransmissors i els transportadors d'ABC (en anglès ATP-Binding Cassette). Aquestes regions es denominen com a CRAC (en anglès Cholesterio Recognition Amino acid Consensus) o CARC invers, i encara que tenen múltiples estructures, utilitzen mecanismes similars per a associar-se al colesterol. Com es pot llegir en la literatura, alguns aminoàcids apareixen sovint en aquests segments, seguint un patró ja conegut i descrit [14, 13].

Molts investigadors s'han centrat, precisament, en la interacció entre els lípids de membrana i les proteïnes, que són els principals responsables. Avui dia és un tema de gran interès i combina disciplines científiques com la bioquímica, la biofísica, la biologia cel·lular i la bioinformàtica, entre altres. El nostre grup ha estudiat durant els últims anys la interacció entre l'Adenilato Ziklasa i la membrana, combinant fonamentalment la biofísica i la bioquímica. Recentment hem demostrat que l'activitat tòxica de la proteïna depèn del colesterol de membrana [18] i que és una interacció específica entre la proteïna i el colesterol [1].

Per a què la recerca bàsica?

L'ésser humà ha après a conviure amb la tos ferina i la situació ha millorat considerablement des que les vacunes estan disponibles per a tots. Això es deu, sens dubte, a la recerca bàsica i al pla de recerca. La identificació, descripció i comprensió de les eines que utilitza el bacteri per a danyar als éssers humans ha estat fonamental per a explicar els mecanismes moleculars de la malaltia i poder lluitar contra la tos ferina.

Quant a les toxines poroportantes, tenen un caràcter variable en funció del mitjà. El canvi d'aspecte és molt ràpid, per la qual cosa és molt difícil observar processos tan dinàmics. No obstant això, no són els únics mecanismes, en la naturalesa també es produeixen en altres proteïnes: en algunes proteïnes del sistema immunitari dels vertebrats, o en les proteïnes amiloides, entre altres [27, 37]. Per tant, l'esforç realitzat en la comprensió d'aquestes proteïnes pot ajudar a altres àmbits.

Ja hem esmentat que les toxines porus-motrius poden ser realment perjudicials per a la salut humana. Per contra, s'han investigat durant molt de temps i, en l'actualitat, existeixen indicis que poden ser útils per a aplicacions biotecnològiques i per a la tera: atacar cèl·lules canceroses [31], matar bacteris patògens [5], biosensores de detecció [2]… Així mateix, ja han demostrat que l'Adenilato Ziklasa pot ser utilitzada com a vacuna portadora [6]. Per al desenvolupament de totes aquestes aplicacions, s'han hagut d'entendre primer les normes fisicoquímiques que subjeuen a aquests processos, per a això es requereix una recerca bàsica. A més, la col·laboració i la comunicació entre investigadors multidisciplinaris, sens dubte, facilitarà i agilitzarà el camí.

Bibliografia

1. Amuategi, J., Alonso i Ostolaza, H. 2022. “Four Cholester-Recognition Motifs in the Pore-Forming and Translocation Domains of Adenylate Cyclase Toxin Llauri Essential for Invasion of Eukaryotic Cells and Lysis of Erythrocytes”. International Journal of Molecular Sciences, 23(15), Article 15. https://doi.org/10.3390/ijms23158703
2. Anderluh, G., i Lakey, J. H. 2008. “Disbarat proteins usi architectures to damage membranes”. Trends in Biochemical Sciences, 33(10), 482-490. https://doi.org/10.1016/j.tibs.2008.07.004
3. Bernardes, N., M. Fialho, A. 2018. “Perturbing the Dynamics and Organization of Cell Membrane Components: A New Paradigm for Cancer-Targeted Therapies”. International Journal of Molecular Sciences, 19(12), 3871. https://doi.org/10.3390/ijms19123871
4. Bordet J, Gengou O. 1906. “Le microbe de la coqueluche. Ann Inst Pasteur (París). 1906;20:731–41.
5. Brogden, K. A. 2005. “Antimicrobial peptides: Pore formers or metabolic inhibitors in bacteri?” Nature Reviews Microbiology, 3(3) 238–250. https://doi.org/10.1038/nrmicro1098
6. Carneiro, G. B., Castro, J. T. Davi, M Miyaji, E. N., Ladant, D., Oliveira, M. L. S. 2023. “Immune responses and protection against Streptococcus pneumoniae elicited by recombinant Bordetella pertussis adenylate cyclase (CyaA) carrying fragments of pneumococcal surface protein, PspA”. Vaccine. https://doi.org/10.1016/j.vaccine.2023.05.031
7. Chenal, A 2018. — An Introduction to the Toxins Special Issue on the Adenylate Cyclase Toxin. Toxins, 10, 386.
8. Dona Peraro, M., i van der Goot, F. El doctor G. 2016. Pore-forming toxins: Ancient, but never really out of fashion. Nature Reviews Microbiology, 14(2), Article 2. https://doi.org/10.1038/nrmicro.2015.3
9. Dorji, D Mooi, F., M Yantorno, O., O Deora, R Graham, R. M., i Mukur, T. K. (2018). Bordetella Pertussis virulence factors in the continuing evolution of whooping cough vaccines for improved performance. Medical Microbiology and Immunology, 207(1), 3-26. https://doi.org/10.1007/s00430-017-0524-z
10. Escribá, P. V. González-Ros, J. M., Goñi, F. M., Kinnunen, P. K. J., Vigh, L., L Sánchez Magraner, L., Fernández, A. M., Busquets, X Horváth, I., i Barceló-Coblijn, G. (2008). Membranes: A meeting point for lipids, proteins and therapies. Journal of Cellular and Molecular Medicine, 12(3), 829-875. https://doi.org/10.1111/j.1582-4934.2008.00281.x
11. Etymología:Bordetella pertussis. (2010). Emerging Infectious Diseases, 16(8), 1278. https://doi.org/10.3201/eid1608.et1608
12. European Center for Disease Prevention and Control: Pertussis (whooping cough) https://www.ecdc.europa.eu/en/pertussis-whooping-cough 2023-06-19
13. Fantini, J., i Barrantes, F. J. (2013). How cholesteroles interacts with membrane proteins: An exploration of cholester-binding sites including CRAC, CARC, and tilted domains. Frontiers in Physiology, 4, 31. https://doi.org/10.3389/fphys.2013.00031
14. Fantini, J Di Scala, C Evans, L. S., Williamson, P. T. F., i Barrantes, F. J. (2016). A mirror code for protein-cholesteroles interactions in the two leaflets of biological membranes. Scientific Reports, 6(1), Art. 1. https://doi.org/10.1038/srep21907
15. Fedele, G Bianco, M., i Ausiello, C. M. (2013). The virulence factors of Bordetella pertussis: Talented modulators of host immune response. Archivum Immunologiae Et Therapiae Experimentalis, 61(6), 445-457. https://doi.org/10.1007/s00005-013-0242-1
16. "Fry, N. K., Campbell, H., i Amirthalingam, G. (2021). JMM Profile: Bordetella pertussis and whooping cough (pertussis): still significa ant causi of australia morbidity and mortality, but vaccine-preventable. Journal of Medical Microbiology, 70(10), 001442. https://doi.org/10.1099/jmm.0.001442
17. Gilbert, R. J. C., Dalla Serra, M., "Froelich, C. J., Wallace, M. I. I Anderluh, G. (2014). Membrane pore formation at protein-lipid interfícies. Trends in Biochemical Sciences, 39(11), 510-516. https://doi.org/10.1016/j.tibs.2014.09.002
18. González Bullón, D., Uribe, K. B., Amuategi, J., Martín, C., i Ostolaza, H. (2021). Cholesterstimulates the lytic activity of Adenylate Cyclase Toxin on lipid membranes by promoting toxin oligomerization and formation of pores with a greater effective size. The FEBS Journal, 288(23), 6795-6814. https://doi.org/10.1111/febs.16107
19. Gupta, L. K., Molla, J., i Prabhu, A. A. (2023). Story of Pore-Forming Proteins from Deadly Disease-Causing Agents to Modern Applications with Evolutionary Significance. Molecular Biotechnology. https://doi.org/10.1007/s12033-023-00776-1
20. Gustafsson L, Hessel L, Storsaeter J, Olin p. Long-term follow-up of Swedish children vaccinated with acellular pertussis vaccines at 3, 5, and 12 months of age indicates the need for a booster odosio at 5 to 7 years of age. Pediatrics. sep 2006;118(3):χ84. doi: 10.1542/peds.2005-2746. PMID: 16950988.
21. Janmey, P. Ah!, i en Kinnunen, P. K. J. (2006). Biophysical properties of lipids and dynamic membranes. Trends in Cell Biology, 16(10), 538-546. https://doi.org/10.1016/j.tcb.2006.08.009
22. Jenkinson D. Duration of effectiveness of pertussis vaccine: evidence from a 10 year community study. BMJ, 1988; 296:612–614
23. Kilgore, P. E., Salim, A. M., Cérvos, M. J. i Schmitt, H.-J. (2016). Pertussis: Microbiology, Disease, Treatment, and Prevention. Clinical Microbiology Reviews, 29(3), 449-486. https://doi.org/10.1128/cmr.00083-15
24. Kulma, M. i Anderluh, G. (2021). Beyond pore formation Reorganization of the plasma membrane induced by pore-forming proteins. Cellular and Molecular Life Sciences, 78(17), 6229-6249. https://doi.org/10.1007/s00018-021-03914-7
25. Ladant, D., Ullmann, A. (1999). Bordetella pertussis adenylate cyclase: A toxin with multiple talents. Trends in Microbiology, 7(4), 172-176. https://doi.org/10.1016/s0966-842x(99)01468-7
26. Laganowsky, A., A Reading, E., R Allison, T. M., Ulmschneider, M. B., Degiacomi, M. T. Baldwin, A. J., i Robinson, C. V. (2014). Membrane proteins bind lipids selectively to moduate their structure and function. Nature, 510(7503), 172-175. https://doi.org/10.1038/nature13419
27. Lashuel, H. Lansbury, P. T. (2006). Llauri amyloid diseases caused by protein aggregates that mimic bacterial pore-forming toxins? Quarterly Reviews of Biophysics, 39(2), 167-201. https://doi.org/10.1017/s0033583506004422
28. Lata, K., Singh, M., Chatterjee, S., i Chattopadhyay, K. (2022). Membrane Dynamics and Remodelling in Response to the Action of the Membrane-Damaging Pore-Forming Toxins. The Journal of Membrane Biology, 255(2-3), 161-173. https://doi.org/10.1007/s00232-022-00227-z
29. Lušić, I., I Kearns, P. K., Scott, F A Ruda, I, A Campbell, H., i Nair, H. (2013). Viral etiology of hospitalized acute lower respiratory infections in children under 5 years of age—A systems ematic review and meta-analysis. Croatian Medical Journal, 54(2), 122-134. https://doi.org/10.3325/cmj.2013.54.122
30. >Mondal, A K., i Chattopadhyay, (2020). Taking Toll on Membranes: Curious Casis of Bacterial β-Barrel Pore-Forming Toxins. Biochemistry, 59(2), 163-170. https://doi.org/10.1021/acs.biochem.9b00783
31. Pahle J, Aumann J, Kobelt D, Walther W (2015) Oncoleaking: usi of the pore-forming clostridium perfringens enterotoxin (CPE) for suïcidi gene therapy. Methods Mol Biol 1317:69–85. doi:10.1007/978-1-4939-2727-2_5
32. Parker, M. W., i Feil, S. C. (2005). Pore-forming protein toxins: From structure to function.Progress in Biophysics and Molecular Biology, 88(1), 91-142. https://doi.org/10.1016/j.pbiomolbio.2004.01.009
33. Pertussis, WHO: https://www.who.int/health-topics/pertussis#tab=tab_1 (2023-06-19)
34. Quinn HE et al. Pertussis epidemiology in Austràlia over the decade 1995-2005 –trends by region and age group. Communicable Diseases Intelligence, 2007, 31:205–215.
35. Rachlin, A Danovaro-Holliday, M. C., Murphy, P Sodha, S. V. I Wallace, A. S. (2022). Routine Vaccination Coverage—Worldwide, 2021.
36. Renard, K., eta Byrne, Morbidity and Mortality Weekly Report, 71(44), 1396-1400. https://doi.org/10.15585/mmwr.mm7144a2b. (2021). Insights into the Role of Membrane Lipids in the Structure, Function and Regulation of Integral Membrane Proteins. International Journal of Molecular Sciences, 22(16), Art. 16. https://doi.org/10.3390/ijms22169026
37. Rosat, C. J. et al. (2007). A common fold mediates vertebrate defense and bacterial attack. Science, 317(5844), 1548-1551. https://doi.org/10.1126/science.1144706
38. Safayi, S Mahmoodpoor, A., A Colahi, A.-A., Nejadghaderi, S. a., Sullman, M. J. M., Mansournia, M. A., C., Ansarín Collins, G. S., Kaufman, J. M., Abdollahi. (2023). Global burden of lower respiratory infections during the last three decades.Frontiers in Public Health, 10, 1028525. https://doi.org/10.3389/fpubh.2022.1028525
39. Salas Estrada, L. A., C/ Fuenlabrada, N., Rom, T. En Grossfield, A. (2018). Lipids Alter Rhodopsin Function via Ligand-like and Solvent-like Interactions.Biophysical Journal, 114(2), 355-367. https://doi.org/10.1016/j.bpj.2017.11.021
40. Sych, T Levental, K. Quant a Miguel Strogoff i Miguel Strogoff, els tres es van quedar parats cara a cara. (2022). Lipid-Protein Interactions in Plasma Membrane Organization and Function Annual Review of Biophysics, 51, 135-156. https://doi.org/10.1146/annurev-biophys-090721-072718
41. Surveillance Atles of Infectious Diseases (ECDC): https://atlas.ecdc.europa.eu/public/index.aspx?dataset=27etahealthtopic=38 (2023-06-20)
42. Tilley, S. J., i Saibil, H. Déu meu! (2006). The mechanism of pore formation by bacterial toxins. Current Opinion in Structural Biology, 16(2), 230-236. https://doi.org/10.1016/j.sbi.2006.03.008
43. Troeger et al. Estimates of the global, regional, and national morbidity, mortality, and aetiologies of lower respiratory tract infections in 195 countries: A systems analysis for the Global Burden of Disease Study 2015. (2017). The Lancet. Infectious Diseases, 17(11), 1133-1161. https://doi.org/10.1016/s1473-3099(17)30396-1
44. Vaccine Scheduler (ECDC). Pertussis recommended vaccinations: https://vaccine-schedule.ecdc.europa.eu/scheduler/bydisease?selecteddiseaseid=3etaselectedcountryidbydisease=-1 (2023-06-20)
45. Watson H. biological membranes”. 2015.Essays Biochem. 2015;59:43-69. doi:10.1042/bse0590043 PMID: 26504250; PMCID: PMC4626904.
46. Wearing, H. J., i Rohani, P. 2009. “Estimating the duration of pertussis inmunity using epidemiological signatures”. PLoS Ànec.P., 5(10), e1000647.
47. Zhang, I Chen, X Gueydan, C., i Han, J. 2018. plasma membrane changes during programmed cell deaths”. Cell Research, 28(1), Art. 1. https://doi.org/10.1038/cr.2017.133.