Lipopolisacharyd - co to jest i jakie ma funkcje

W świecie mikrobiologii istnieje wiele fascynujących struktur, które nadają bakteriom ich charakterystyczne cechy. Jedną z bardziej intrygujących jest lipopolisacharyd, w medycynie nazywany endotoksyną. To prawdziwa tarcza bakterii Gram-ujemnych, a jednocześnie wyzwanie dla naukowców badających jego właściwości i wpływ na organizmy, w tym i na nas.

Zainteresowanie lipopolisacharydem wynika z jego aktywności biologicznej, która manifestuje się w momencie dostania się do krwiobiegu, co często występuje w przypadku ogólnoustrojowych zakażeń bakteriami Gram-ujemnymi. Oddziaływanie lipopolisacharydu na organizm ludzki analizuje się zazwyczaj w kontekście sepsy, czyli stanu charakteryzującego się nadmierną reakcją zapalną na obecność endotoksyny.

Co to jest lipopolisacharyd?

Lipopolisacharyd, skrótowo nazywany LPS, to składnik błony zewnętrznej bakterii Gram-ujemnych, który składa się z lipidu A (część toksyczna), rdzenia zbudowanego z cukrów i antygenu O, będącego długim łańcuchem węglowodanowym. Aktywuje dopełniacz i stymuluje wytwarzanie cytokin. Zwany jest także endotoksyną.

Co sprawia, że lipopolisacharyd jest tak ważny? Otóż, jego skomplikowana budowa ma kluczowe znaczenie dla sztywności i odporności komórki bakteryjnej. W skrócie, jest to swoista armia strażników, gotowa bronić bakterię przed atakami z zewnątrz.

Ale lipopolisacharyd nie tylko pełni funkcję związaną z obroną bakterii, ale także ma znaczenie dla naszego zdrowia. Wpływa na nasz układ odpornościowy, często wywołując reakcje zapalne. Znajomość jego budowy i funkcji może prowadzić do lepszego zrozumienia mechanizmów infekcji bakteryjnych i opracowania skuteczniejszych strategii leczenia.

Lipopolisacharyd – budowa

Jak napisaliśmy – lipopolisacharyd to nie jedna, ale trzy różne części, z których każda pełni swoją unikalną funkcję. Lipid A stanowi część wewnętrzną LPS i odpowiada za jego hydrofobowe właściwości i sztywność. To jak fundament, na którym opiera się cała struktura.

Drugą częścią jest oligocukrowy rdzeń, który łączy lipid A z trzecią częścią, czyli antygenem O. To właśnie antygen O wykazuje dużą zmienność strukturalną, co sprawia, że bakterie mogą być różnie rozpoznawane przez układ odpornościowy organizmu. Dzięki temu bakterie są w stanie unikać odpowiedzi immunologicznej i przetrwać w różnych warunkach środowiskowych.

Lipopolisacharyd – funkcje

Zrozumienie struktury i roli lipopolisacharydu może przyczynić się do bardziej wszechstronnego poznania mechanizmów infekcji bakteryjnych oraz do opracowania efektywniejszych strategii terapeutycznych. LPS wpływa na nasz układ odpornościowy, często wywołując reakcje zapalne. Przyjrzyjmy się zatem funkcjom lipopolisacharydu:

• ochrona komórki bakteryjnej – lipopolisacharyd stanowi integralną część błony zewnętrznej bakterii Gram-ujemnych, może działać jak „mur obronny”, zapewniający ochronę przed działaniem czynników zewnętrznych;

• rola immunomodulacyjna – LPS może wywoływać silne reakcje immunologiczne u organizmów żywicielskich. Jest to znany czynnik aktywujący układ odpornościowy, wywołujący reakcje, które mają na celu zwalczanie infekcji bakteryjnych;

• patogenność – LPS jest również uznawany za czynnik zwiększający patogenność niektórych bakterii. Lipopolisacharyd nazywany jest endotoksyną, ponieważ jego obecność może być związana z wystąpieniem posocznicy – groźnego powikłania w przypadku zakażeń bakteryjnych.

Lipopolisacharyd a zaburzona przepuszczalność jelit

Lipopolisacharyd, złożony składnik ścian komórkowych bakterii Gram-ujemnych, może przenikać przez barierę jelitową i migrować do krwiobiegu w przypadku osłabienia integralności tego narządu. Dysfunkcja bariery jelitowej, będąca efektem różnorodnych czynników, stanowi podstawową przyczynę tego zjawiska. Wśród czynników predysponujących do upośledzenia przepuszczalności jelit wymienia się zróżnicowane etiologicznie determinanty, m.in. dietę wysokotłuszczową, stres, infekcje jelitowe oraz niektóre farmaceutyki, takie jak niesteroidowe leki przeciwzapalne. Dodatkowo, istotnymi czynnikami negatywnie oddziałującymi na integralność bariery jelitowej są grzybicze infekcje jelit oraz nadmiar spożycia alkoholu, które przyczyniają się do jej osłabienia.

Kiedy dochodzi do naruszenia integralności bariery jelitowej, lipopolisacharyd może przedostać się do krwiobiegu, co inicjuje kaskadę reakcji zapalnych. Zapoczątkowany w ten sposób stan zapalny może przybierać formę subkliniczną, charakteryzującą się brakiem typowych objawów klinicznych, lecz – mimo to – może przyczynić się do patogenezy wielu chorób, w tym chorób sercowo-naczyniowych oraz cukrzycy typu 2. Ponadto, prowadzone badania sugerują istnienie korelacji między ekspozycją na LPS a występowaniem różnych zaburzeń zdrowotnych, takich jak insulinooporność czy zaburzenia nastroju, w tym depresja. Wyższe poziomy LPS w organizmie mogą zwiększać ryzyko rozwoju wymienionych schorzeń, co podkreśla znaczenie badań nad rolą lipopolisacharydu jako czynnika etiologicznego w patologii współczesnego społeczeństwa.

Istotną rolę w kontekście ograniczenia szkodliwego wpływu LPS odgrywają probiotyki, które są żywymi mikroorganizmami korzystnie wpływającymi na zdrowie, zwłaszcza na homeostazę przewodu pokarmowego. Mechanizm działania probiotyków obejmuje nie tylko wzmocnienie integralności bariery jelitowej, lecz także regulację odpowiedzi immunologicznej. Poprzez te działania, probiotyki mogą ograniczać przepuszczalność bariery jelitowej, minimalizując w ten sposób ryzyko translokacji LPS do krwiobiegu. Dodatkowo, probiotyki mogą stymulować aktywność układu odpornościowego, co przyczynia się do redukcji nadmiernej reaktywności na LPS i zapobiega rozwojowi stanów zapalnych. 

Lipopolisacharyd – podsumowanie

Lipopolisacharyd może stanowić czynnik ryzyka dla różnorodnych problemów zdrowotnych, gdy przedostaje się do krwiobiegu w wyniku zaburzeń przepuszczalności bariery jelitowej. Jednakże zastosowanie probiotyków może efektywnie ograniczyć negatywne skutki lipopolisacharydu poprzez wzmocnienie bariery jelitowej oraz modulację odpowiedzi immunologicznej. Taka interwencja posiada potencjał zarówno prewencyjny, jak i wspomagający w kontekście stanów zapalnych i chorób związanych z deficytami w integralności bariery jelitowej.

Źródła

1. Lipopolisacharyd. Mikrobiologia. Różnorodność, chorobotwórczość i środowisko, A. Abigail Salyers, D. Dixie Whitt, PWN, Warszawa 2012, s. 543-544.
2. Budowa chemiczna i biosynteza lipopolisacharydu – ważnego składnika osłony komórkowej bakterii Gram-ujemnych, Postepy Hig Med Dosw., 2004, nr 58, s. 333-342, M. Kaszowska (dostęp online 29.04.2024).