Лизоцим — фермент с антимикробным действием¶

Лизоцим (muramidase, E.C. 3.2.1.17) — фермент класса гидролаз, разрушающий пептидогликан (муреин) клеточной стенки бактерий. Открыт в 1922 году британским бактериологом Александром Флемингом. Содержится во многих биологических жидкостях и тканях человека и животных: слёзах, слюне, носовой слизи, грудном молоке, яичном белке, лейкоцитах. Лизоцим относится к врождённой (неспецифической) иммунной системе и выполняет бактерицидную функцию.

¶Структура и свойства

Лизоцим представляет собой небольшой водорастворимый белок массой около 14,3 кДа, состоящий из 129 аминокислот. Третичная структура включает два домена, разделённых глубокой бороздкой, в которой располагается активный центр. Ключевые остатки активного центра — глутамат-35 и аспарт-52, участвующие в катализе гидролиза.

Фермент относится к гликозилгидролазам семейства 22 (GH22). Он катализирует гидролиз β(1→4)-гликозидных связей между N-ацетилмурамовой кислотой и N-ацетилглюкозамином в полимере пептидогликана. Разрыв этой связи приводит к ослаблению клеточной стенки и, при определённых условиях, к лизису (растворению) бактериальной клетки.

Оптимум активности лизоцима — pH 5–7, оптимальная температура — около 50 °C. Фермент устойчив к нагреванию: в растворе выдерживает кратковременное кипячение без полной инактивации.

¶История открытия

В 1922 году Александр Флеминг, работавший в лондонской больнице Святой Марии, обнаружил, что слёзная жидкость и слизь из носа подавляют рост бактерий на чашках Петри. Он назвал активное вещество «лизоцимом» (от греч. lysis — разрушение и zyme — фермент). Флеминг показал, что фермент разрушает клетки не всех бактерий, а преимущественно грамположительных микроорганизмов, и предложил использовать его как антисептик.

В 1940-х годах лизоцим стал одним из немногих известных тогда ферментов с выраженным антибактериальным действием. В 1965 году Дэвид Филлипс и его коллеги определили кристаллическую структуру лизоцима куриного белка, что стало важной вехой в понимании механизма ферментативного катализа. В 1972 году за исследования лизоцима Флеминг, Флори и Чейн были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине (Флеминг — за открытие пенициллина, Флори и Чейн — за его разработку; работы по лизоциму вошли в историю как часть более широкого вклада в антибактериальную терапию).

¶Функции в организме

Лизоцим выполняет несколько функций:

• Антимикробная. Гидролиз пептидогликана ослабляет клеточную стенку, делая бактерию уязвимой. Особенно эффективен против микрококков, лактобацилл, бацилл и других грамположительных бактерий. Грамотрицательные бактерии более устойчивы, поскольку их пептидогликан защищён наружной мембраной.
• Участие в воспалении. Лизоцим выделяется нейтрофилами и макрофагами в очаге воспаления и способствует уничтожению бактерий.
• Иммуномодулирующая. Лизоцим проявляет свойства цитокина: может стимулировать выработку интерлейкинов, участвовать в регуляции иммунного ответа.
• Противовирусная. Некоторые исследования указывают на способность лизоцима инактивировать определённые вирусы, хотя этот механизм изучен слабее антибактериального.

В грудном молоке лизоцим присутствует в высокой концентрации и рассматривается как один из факторов защиты новорождённого от кишечных инфекций.

¶Классификация

Выделяют несколько типов лизоцима в зависимости от источника:

¶Применение

Лизоцим находит применение в нескольких областях:

• Пищевая промышленность. Используется как консервант (Е1105) в производстве сыров, вин, пива, молочных продуктов. Подавляет рост нежелательной микрофлоры, не разрушая при этом полезные молочнокислые бактерии.
• Медицина. Применяется в составе препаратов для лечения воспалительных заболеваний горла, в офтальмологии, в составе иммуномодулирующих средств. Используется в диагностике — уровень лизоцима в крови и моче служит маркером некоторых заболеваний (саркоидоз, лейкозы, болезни почек).
• Ветеринария. Добавляется в корма для животных как альтернатива антибиотикам-стимуляторам роста.
• Биотехнология. Лизоцим применяется для осмотического лизиса бактериальных клеток в лабораторной практике, например при выделении плазмид.

¶Лизоцим и болезни

Повышение уровня лизоцима в крови (лизоцимемия) наблюдается при саркоидозе, туберкулёзе, лейкозах, некоторых заболеваниях почек. Снижение — при иммунодефицитных состояниях. Измерение концентрации фермента имеет диагностическое значение.

¶Источники

• Флеминг А. Lysozyme. — Proc. R. Soc. Lond. B, 1922.
• Филлипс D. C. The three-dimensional structure of an enzyme molecule. — Scientific American, 1966.
• Vukicevic S. и др. Lysozyme: structure, function, and role in innate immunity. — 2020.
• Caldwell J. E. и др. Lysozyme as a food preservative. — Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety.
• Lehninger A. L., Nelson D. L., Cox M. M. Principles of Biochemistry.