CELLYSIS: PROCES, OORZAKEN EN TYPEN - BIOLOGIE - 2024

De cellysis is het proces waarbij een cel uiteenvalt of wordt vernietigd door het breken van hun plasmamembraan en / of celwand. Etymologisch gesproken komt het woord "lysis" van het Griekse λύσις (lees "Lúsis") wat "losmaken", "verzwakken", "onderbreking" of "afname" betekent (uit het Engels losmaken).

Het resultaat van de lysis van een of meer cellen staat bekend als het "lysaat", een term die veel wordt gebruikt in de experimentele biologie om te verwijzen naar het mengsel van het "gebroken" plasmamembraan en alle cytosolische componenten die vrijkomen na de breuk.

Levenscyclus van een bacteriofaagvirus (Bron: Phage2.JPG: Suly12derivative werk: DZadventiste via Wikimedia Commons)

Cellysis is een normaal proces dat in verschillende contexten kan plaatsvinden en is uitgebreid bestudeerd met betrekking tot bacteriële invasies en enzymatische "aanval" door eiwitten zoals lysozym, bijvoorbeeld.

Experimenteel is het een van de eerste stappen om een ​​intracellulair of membraanelement te bestuderen, waarvoor er veel verschillende technieken zijn, waarvan de basis varieert naargelang het doel van het onderzoek.

Werkwijze

Het lysisproces hangt voornamelijk af van het type cel dat wordt overwogen. Voor planten-, schimmel- en bacteriecellen begint dit bijvoorbeeld met het uiteenvallen van de celwand.

Voor dierlijke cellen en / of protoplasten van planten- of bacteriële cellen (cel zonder celwand, alleen plasmamembraan en cytosol), vindt het lytische proces meestal plaats wanneer de integriteit van het plasmamembraan wordt aangetast, waardoor cellulaire inhoud naar de extracellulaire omgeving.

Het breken van het celmembraan kan onder meer worden veroorzaakt door enzymen, detergentia, toxines, door hoogfrequente ultrasone golven of door mechanische of fysische processen.

Oorzaken

Cellysis kan optreden als reactie op verschillende omgevingsfactoren, evenals endogene factoren of specifieke signalen.

In veel bacteriën kan cellysis bijvoorbeeld optreden na infectie met sommige soorten virussen die bekend staan ​​als ‘fagen’ of ‘bacteriofagen’. In hun levenscyclus kunnen ze de bacteriële replicatieapparatuur gebruiken om zich te vermenigvuldigen en lytische enzymen te produceren. die de "vernietiging" van de cel bevorderen.

Andere cellen kunnen lysis ondergaan door de aanwezigheid van toxines die worden uitgescheiden door een ziekteverwekker en in een dierlijk of plantenweefsel kunnen sommige cellen bijvoorbeeld worden gelyseerd dankzij verschillende signaalprocessen die eindigen met het vrijkomen van celinhoud aan de omgeving (necrose). ).

Soorten lysis

In de literatuur wordt verwezen naar verschillende soorten lysis. Sommige auteurs classificeren ze volgens de "stimulus" of de triggerende factor, terwijl anderen ze classificeren volgens het type cel dat glad is.

Volgens het mechanisme dat werkt om de desintegratie van een cel te bereiken, zijn osmotische lysis, chemische lysis, mechanische lysis en enzymatische lysis gedefinieerd. Deze typen zijn echter speciaal gedefinieerd vanuit experimenteel oogpunt, zodat hun beschrijving aan andere technieken gehoorzaamt in plaats van aan natuurlijk voorkomende processen.

Met betrekking tot het type cel dat wordt gelyseerd, hebben veel auteurs termen bedacht zoals "oncolyse", "plasmolyse", "cytolyse", "hemolyse", enz.

Oncolyse verwijst naar de lysis van tumor- of kankercellen, hetzij door chemische of fysische methoden (medische behandelingen), hetzij door infectie met een virusstam die cellen kan afbreken. Plasmolyse daarentegen verwijst naar een fenomeen dat plaatsvindt in plantencellen wanneer ze worden onderworpen aan hypertone oplossingen, waarmee het water erin de cel verlaat.

Plasmolyse van plantencellen (Bron: CNX OpenStax via Wikimedia Commons)

Ten slotte is hemolyse het proces waarbij cellen of rode bloedcellen worden gelyseerd, onder andere vanwege specifieke enzymen (hemolysines), de aanwezigheid van toxines geproduceerd door pathogenen of fysieke inspanning met hoge intensiteit.

Osmotische lysis

Osmotische lysis of "cytolyse" is het scheuren van het plasmamembraan als gevolg van een overdreven waterstroom van het extracellulaire medium naar het cytosol.

Dit type lysis komt vrij veel voor in dierlijke cellen. De reden is dat ze een celwand missen zoals die van plantencellen, schimmels of bacteriën, waardoor ze het celvolume na het binnendringen van vloeistof kunnen beheersen vanwege osmotische verschillen tussen het cytosol en de omgeving.

Wanneer een dierlijke cel wordt geconfronteerd met een hypotone oplossing (hetzij als gevolg van omgevingsfluctuaties of onder experimentele omstandigheden), zwellen ze op, wat kan eindigen met hun lysis. Een hypotone oplossing is er een die, met betrekking tot het inwendige van de cel, een lagere concentratie opgeloste stoffen heeft, zodat water de neiging heeft om de cel binnen te dringen, op zoek naar zijn waterbalans.

In de experimentele biologie wordt osmotische lysis of "shock" regelmatig gebruikt om cellen te breken om hun interne componenten te analyseren, vooral cytosolische eiwitten, nucleïnezuren, enz.

Chemische lysis

Chemische lysis is er een waarbij het celmembraan wordt gebroken of uiteenvalt door de werking van een specifieke chemische stof. Het kan voorkomen in een natuurlijke omgeving, als we kijken naar de cellen van een weefsel of een eencellig organisme dat per ongeluk wordt blootgesteld aan een chemische verbinding die de integriteit van het plasmamembraan kan aantasten.

Het wordt ook typisch gebruikt in de experimentele context, waar detergentia met verschillende eigenschappen worden gebruikt om de fundamentele structuur van het membraan te beïnvloeden, wat lysis veroorzaakt. Het wordt direct of indirect toegepast, afhankelijk van het type cel in kwestie en voor welk doel het aan dat proces wordt onderworpen.

Mechanische of fysieke lysis

Het plasmamembraan van een cel kan experimenteel worden verbroken door mechanische of fysische methoden. Dit type lysis kan onder bepaalde omstandigheden ook in natuurlijke omgevingen voorkomen, maar wordt experimenteel bereikt door het gebruik van:

- Bladhomogenisatoren voor de verwerking van weefsel of celcultuur

- Sonicators, die cellen breken door middel van hoogfrequente ultrasone golven

- Persen, die cellysis veroorzaken dankzij een geleidelijke toename van de druk waaraan een weefsel of een groep cellen wordt blootgesteld

- Schurende materialen die onder andere wrijving veroorzaken

Enzymatische lysis

Enzymatische lysis is een biologische "methode" van lysis die kunstmatig of natuurlijk kan zijn. In de natuurlijke context kan dit gebeuren door verschillende factoren, maar het is speciaal herzien met betrekking tot sommige eiwitten met enzymatische activiteit die wordt uitgescheiden door bacteriën, schimmels en andere organismen of hun cellen om bijvoorbeeld infecties te bestrijden.

In die zin is lysozym een ​​van de meest bestudeerde enzymen. Het wordt aangetroffen in sommige plantenweefsels, in het wit van eieren, en ook in de lever, kraakbeen, speeksel, slijm, tranen en veel cellen van de hematopoëtische lijn van mensen en andere dieren.

De lytische capaciteit van dit enzym ligt in zijn hydrolytische activiteit op de glycosidebindingen van peptidoglycaan, een van de meest voorkomende polysacchariden in de celwand van bacteriën.

Andere veel voorkomende enzymen in de natuur en in de industrie of in de experimentele setting zijn mannanasen, chitinasen, ananasen, glucanasen en dergelijke, die werken bij de desintegratie van de celwand van schimmels en gisten, om er maar een paar te noemen.

De door virale enzymen veroorzaakte lysis is ook een soort enzymatische lysis, aangezien de bacteriofagen die bacteriën infecteren "lysines" produceren die het membraan en de bacteriële celwand breken.

Experimenteel zijn sommige auteurs van mening dat interne proteasen en andere hydrolytische enzymen die typerend zijn voor het cytosol, kunnen worden gebruikt voor de enzymatische lysis van andere cellen, die ook optreedt wanneer in een weefsel een reeks cellen sterft door necrose en hun interne inhoud afgeeft aan de omringend medium, waardoor lysis van aangrenzende cellen wordt veroorzaakt.

Referenties

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Essentiële celbiologie. Garland Science.
2. Brown, RB en Audet, J. (2008). Huidige technieken voor eencellige lysis. Journal of the Royal Society Interface, 5 (suppl_2), S131-S138.
3. Vloot, GH (2011). Gistbederf van voedingsmiddelen en dranken. In The yeasts (pp. 53-63). Elsevier.
4. Luckey, M. (2014). Membraan structurele biologie: met biochemische en biofysische grondslagen. Cambridge University Press.
5. Solomon, EP, Berg, LR en Martin, DW (2011). Biologie (9e edn). Brooks / Cole, Cengage Learning: VS.