Lipopolisacárido

miniatura|Estrutura dun lipopolisacárido. Consta de: antíxeno O, núcleo externo, núcleo interno e lípido A.

Os **lipopolisacáridos** (**LPS**), tamén chamados **endotoxinas** polos seus efectos tóxicos, son grandes moléculas que constan dun lípido e un polisacárido composto por tres porcións: o antíxeno O, o núcleo interno e o núcleo externo, unidos por enlace covalente. Encóntranse na membrana externa de bacterias gramnegativas.

O termo **lipooligosacárido** (**LOS**) utilízase para referirse a unha forma de baixo peso molecular de lipopolisacáridos bacterianos.

## Descubrimento 
A actividade tóxica do LPS descubriuna Richard Friedrich Johannes Pfeiffer e denominouna "endotoxina" para distinguila das exotoxinas, que el clasificou como toxinas liberadas pola bacteria no ambiente que a rodea, mentres que el cosideraba que as endotoxinas se mantiñan "dentro" da célula bacteriana e só se liberaban despois da destrución da parede celular bacteriana.  Traballos posteriores demostraron que a liberación de LPS dos microbios gramnegativos non require necesariamente a destrución da parece bacteriana, senón que o LPS se segrega como parte da actividade fisiolóxica normal do tráfico de vesículas de membrana en forma de vesículas da membrana externa bacteriana, que poden conter tamén outros facores de virulencia e proteínas.

Hoxe, o termo "endotoxina" utilízase principalmente como sinónimo de LPS, aínda que hai unhas poucas endotoxinas que non están relacionadas co LPS, como as denominadas proteínas delta endotoxinas segregadas polo *Bacillus thuringiensis* (que é grampositivo). Outras bacterias grampositivas, como *Listeria monocytogenes* teñen na membrana ácidos lipoteicoicos con funcións e estrutura similares ás das endotoxinas lipopolisacáridas.

## Funcións nas bacterias 
O LPS é o principal compoñente da membrana externa das bacterias gramnegativas, contribuíndo grandemente á integridade estrutural das bacterias e protexendo a membrana de certos tipos de ataques químicos. O LPS tamén incrementa a carga negativa da membrana celular e axuda a estabilizar toda a estrutura da membrana. É de vital importancia para moitas bacterias gramnegativas, que morren se este muta ou é eliminado; malia todo, parece que o LPS non é esencial en polo menos algunhas bacterias gramnegativas, como *Neisseria meningitidis*, *Moraxella catarrhalis* e *Acinetobacter baumannii*. O LPS induce unha forte resposta dos sistemas inmunitarios animais en estado normal. Tamén foi implicado en aspectos non patoxénicos da ecoloxía bacteriana, como a adhesión a superficies, sensibilidade a bacteriófagos e interaccións con predadores como as amebas.

O LPS é necesario para a correcta conformación da actividade omptina; porén, o LPS liso interfire estericamene coas omptinas.

## Composición 
[miniatura|O [sacarolípido Kdo2-Lípido A. Residuos de Kdo en vermello (núcleo da molécula), residuos de glicosamina en azul, cadedas acilo en negro grupos fosfato en verde.]]

Comprende tres partes: 
# Antíxeno O (ou polisacárido O). Situado no extremo da molécula.
# Oligosacárido do núcleo (*core*) da molécula. Situado na base da molécula e dividido en núcleo interno e externo.
# Lípido A. Ancorado na membrana externa bacteriana.

### Antíxeno O 
Un polímero repetitivo de glicano contido no LPS da bacteria denomínase antíxeno O, polisacárido O ou cadea lateral O.
O antíxeno O está unido ao oligosacárido que forma o núcleo da molécula e comprende o dominio máis externo da molécula de LPS. A composición da cadea O varía de cepa a cepa. Por exemplo, hai unhas 160 estruturas diferentes de antíxeno O producidas por distintas cepas de *E. coli*. A presenza ou ausencia de cadeas O determina se o LPS se considera rugoso ou liso. As cadeas O de lonxitude completa orixinan LPS lisos, mentres que a ausencia ou redución das cadeas O dan lugar ao LPS rugoso. As bacterias con LPS rugoso xeralmente teñen membranas celulares máis penetrables por antibióticos hidrófobos, xa que un LPS rugoso é máis hidrófobo. O antíxeno O está exposto na superficie externa da célula bacteriana e, en consecuencia, é unha diana para o recoñecemento polos anticorpos do hóspede.

### Núcleo 
O dominio do núcleo (*core*) sempre contén un compoñente oligosacárido (oligosacárido do núcleo) que se une directamente ao lípido A e normalmente contén azucres como a heptosa e a ácido 3-desoxi-D-mano-oct-2-ulosónico (tamén chamado KDO, ceto-desoxioctulosonato). Os núcleos do LPS de moitas bacterias tamén conteñen compoñentes non carbohidratos, como substituíntes fosfato, aminoácidos e etanolamina.

### Lípido A 
O lípido A é, en circunstancias normais, un disacárido de glicosamina fosforilado decorado con múltiples ácidos graxos. Estas cadeas de ácidos graxos hidrófobos ancoran o LPS na membrana bacteriana e o resto do LPS proxéctase desde a superficie da célula. O dominio do lípido A é responsable de gran parte da toxicidade das bacterias gramnegativas. Cando as células bacterianas son lisadas polo sistema inmunitario, fragmentos da membrana que conteñen o lípido A son liberados á circulación, causando febre, diarrea e un posible choque endotóxico letal (chamado choque séptico). O residuo de lípido A é un compoñente moi conservado do LPS. Porén, a estrutura do lípido A varía entre especies bacterianas e dita estrutura define a activación global do sistema inmnitario do hóspede.

## Lipooligosacáridos 
Os lipoologosacáridos (LOS) son glicolípidos que se encontran na membrana externa dalgúns tipos de bacterias gramnegativas, como *Neisseria* spp. e *Haemophilus* spp. O termo é sinónimo de forma de baixo peso molecular do LPS bacteriano. Os LOS teñen un papel central no mantemento da integridade e funcionalidade da membrana externa da envoltura gramnegativa.
Os lipooligosacáridos xogan un importante papel na patoxénese de certas infeccións bacterianas porque poden actuar como inmunoestimuladores e inmunomoduladores. No caso de *Neisseria meningitidis*, a porción de lípido A da molécula ten unha estrutura simétrica e o núcleo interno está composto por ácido 3-desoxi-D-mano-2-octulosónico (KDO) e restos de heptosa (Hep). A cadea oligosacárida do núcleo externo varía dependendo da cepa bacteriana.  Aínda que os ratos teñen moitos outros mecanismos para inhibir a sinalización por LPS, ningún pode impedir estes cambios en animais que carecen de AOAH.

## Biosíntese e transporte 
[miniatura|380px|**Ensamblaxe final da LPS:** subunidades do antíxeno O son translocadas a través da membrana interna (por Wzx), onde son polimerizadas (por Wzy, a lonxitude da cadea está determinada por Wzz) e ligadas (por WaaL) a moléculas completas de núcleo-[lípido A (que foron translocadas por MsbA).|centro]]
[miniatura|380px|**Transporte de LPS:** As moléculas de LPS completas son transportadas a través do [periplasma e membrana externa polas proteínas LptA, B, C, D, E, F e G|centro]]
## Efectos biolóxicos sobre hóspedes infectados por bacterias gramnegativas 
### Resposta inmune 
O LPS actúa como a endotoxina prototípica porque se une ao complexo receptor CD14/TLR4/MD2 en moitos tipos celulares, pero especialmente en monocitos, células dendríticas, macrófagos e células B, o cal promove a secreción de citocinas proinflamatorias, óxido nítrico e eicosanoides.

Como parte da resposta ao estrés celular, o superóxido é unha das principais especies reactivas do oxíxeno inducida polo LPS en varios tipos celulares que expresan o TLR (receptor de tipo Toll).

O LPS é tamén un piróxeno exóxeno (substancia que induce a febre).

Como esta molécula é de crucial importancia para as bacterias gramnegativas, estas moléculas son dianas candidatas para novos axentes antimicrobianos.

Algúns investigadores dubidan dos informes de efectos tóxicos xeneralizados atribuídos a todos os lipopolisacáridos, en especial para o caso das cianobacterias.

A función do LPS estivo en investigación experimental durante varios anos debido ao seu papel na activación de moitos factores de transcrición. O LPS tamén produce smoitos tipos de mediadores implicados no choque séptico. Os humanos son máis sensibles ao LPS que outros animais (por exemplo, os ratos). Unha dose de 1&nbsp;µg/kg induce un shock en humanos, pero os ratos toleran unha dose ata mil veces máis alta. Isto pode estar relacionado con diferenzas no nivel de anticorpos naturais circulantes entre as dúas especies.
Said et al. demostraron que o LPS causa unha inhibición dependente da IL-10 da expansión e función de células T CD4 ao regular á alza os niveis de PD-1 en monocitos, o que orixina a produción de IL-10 polos monocitos despois de unirse o PD-1 ao PD-L1.

As endotoxinas son en gran parte responsables das intensas manifestacións clínicas das infeccións por bacterias patóxenas gramnegativas, como *Neisseria meningitidis*, o patóxeno que causa a enfermidade meningocócica, incluíndo a meningococcemia, a síndrome de Waterhouse–Friderichsen e a meninxite. A fosfatase alcalina impide a inflamación intestinal (e a elevada permeabilidade intestinal) causada polas bacterias ao desfosforilaren a porción do lípido&nbsp;A do LPS.

Bruce Beutler compartiu o Premio Nobel de Medicina ou Fisioloxía de 2011 polo seu traballo que demostraba que o TLR4 é o receptor do LPS.

Demostrouse que porcións do LPS de varias cepas bacterianas son quimicamente similares ás moléculas da superficie de células hóspede humanas; a capacidade dalgunhas bacterias de presentar moléculas na súa superficie que son quimicamene idénticas ou similares ás moléculas da superficie dalgúns tipos de células do hóspede denomínase mimetismo molecular. Por exemplo, en *Neisseria meningitidis* L2,3,5,7,9, a porción terminal tetrasacárida do oligosacárido (lacto-N-neotetraosa) é o mesmo tetrasacárido que se encontra no paraglobósido, un precursor dos antíxenos glicolipídicos ABH que se encontran nos eritrocitos humanos. A infección en ratos por *Salmonella typhimurium* mostrou resultados similares, validando o modelo experimental in vivo.

### Efecto da variabilidade na resposta inmune 
[miniatura|O [receptor de tipo Toll do sistema inmunitario innato recoñece o LPS e desencadea unha resposta inmune.]]

Os antíxenos O (os carbohidratos externos) son a porción máis variable da molécula de LPS, e danlle a especificidade antixénica. En contraste, o lípido A é a parte máis conservada. Porén, a composición do lípido A tamén pode variar (por exemplo, no número e natureza das cadeas acilo tanto entre distintos xéneros coma dentro do mesmo xénero). Algunhas destas variacións poden darlle propiedades antagonistas a estes LPS. Por exemplo, o lípido A difosforilo de *Rhodobacter sphaeroides* (RsDPLA) é un potente antagonista do LPS en células humanas, pero é un agonista en células de hámster e de equinos.

Especulouse que os lípidos A cónicos (por exemplo o de *E. coli*) son moi agonistas, e os lípidos A menos cónicos, como os de *Porphyromonas gingivalis*, poden activar un sinal diferente (o TLR2 en troques do TLR4), e os lípidos A completamente cilíndricos, como o de *Rhodobacter sphaeroides*, son antagonistas dos TLRs.

Os clústers de xenes para a prodción de LPS son moi variables entre diferentes cepas, subespecies e especies de patóxenos bacterianos de plantas e animais.

O soro sanguíneo humano normal contén anticorpos anti-LOS que son bactericidas e os pacientes que teñen infeccións causadas por cepas serotipicamente distintas posúen anticorpos anti-LOS que difiren na súa especificidade comparados co soro normal. Estas diferenzas na resposta inmune humoral a diferentes tipos de LOS poden atribuírse á estrutura da molécula do LOS, principalmente dentro da estrutura da porción oligosacárida do LOS.
En conxunto, estas observacións suxiren que as variacións nas moléculas da superficie de bacterias como os LOS poden axudar a que o patóxeno se evada tanto das defensas inmunes do hóspede humorais (mediadas polos anticorpos e complemento) coma das celulares (matanza realizada polos neutrófilos, por exemplo).

### Vías non canónicas de recoñecemento do LPS 
Recentemente, demostrouse que ademais das vías mediadas por TLR4, certos membros da familia das canles iónicas de potencial receptor transitorio (TRP) recoñecen o LPS. A activación mediada por LPS de TRPA1 demostouse en ratos e moscas *Drosophila melanogaster*. A altas concentracións, o LPS activa tamén outros membros da familia da canle TRP, como TRPV1, TRPM3 e en certa medida TRPM8. 
O LPS é recoñecido polo TRPV4 en células epiteliais. A activación de TRPV4 polo LPS era necesaria e suficiente para inducir a produción de óxido nítrico con efectos bactericidas.

## Efectos sobre a saúde 
### Endotoxemia 
A presenza de endotoxinas no sangue denomínase endotoxemia. Pode orixinar un choque séptico se a resposta inmune é excesivamente pronunciada.

Porén, a endotoxemia de orixe intestinal, especialmente na interface hóspede-patóxeno, considérase un importante factor no desenvolvemento da hapatite alcohólica, que probablemente se desenvolve sobre a base do síndrome de sobrecrecemento bacteriano no intestino delgado e un incremento na permeabilidade intestinal.

O lípido A pode causar unha activación incontrolada dos sistemas inmunitarios de mamíferos con produción de mediadores inflamatorios que pode causar un choque séptico. Unha activación do complemento demasiado pronunciada pode observarse tamén posteriormente no curso da infección a medida que as bacterias se multiplican no sangue. Outros estudos mostraron que a endotoxina purificada de *Escherichia coli* pode inducir obesidade e resistencia á insulina cando se inxecta en modelos de ratos libres de xermes. Un estudo máis recente descubriu unha posible contribución en *Enterobacter cloacae* B29 á obesidade e á resistencia á insulina nun paciente humano. O mecanismo que se supón para a asociación da endotoxina coa obesidade é que a endotoxina induce unha vía mediada pola inflamación que explica a obesidade e resistencia á insulina observadas.

Ademais, a ovoalbumina está frecuentemente contaminada con endotoxinas. A ovoalbumina é unha das proteínas máis estudadas en modelos animais e tamén un modelo establecido de alérxeno para a hipersensibilidade das vías aéreas. A ovoalbúmina dispoñible comercialmente que está contaminada con LPS pode activar completamente as células endoteliais nun ensaio in vitro da primeira etapa da inflamación e falsea os resultados das investigacións, xa que non reflicte con exactitude o efecto dos antíxenos proteicos na fisioloxía animal.

Na produción farmacéutica cómpre eliminar todas as trazas de endotoxina dos recipientes dos medicamentos, xa que mesmo pequenas cantidades de endotoxina causan enfermidade en humanos. Para este propósito utilízase un forno de despiroxenación. Necesítanse temperaturas por riba de 300&nbsp;°C para destruír esta substancia. Unha taxa de redución de endotoxina definida é unha correlación entre o tempo e a temperatura. Baseándose no material de empaquetado primario, como viais ou xiringas, para conseguir unha redución de niveis de endotoxina á milésima parte o típico é chegar unha temperatura do vidro de 250&nbsp;°C e mantela durante un tempo de 30 minutos.

O ensaio estándar para detectar a presenza de endotoxina é o ensaio Lisado de Amebocito de Limulus (LAL), no que se utiliza sangue do artrópodo mariño *Limulus polyphemus* (cangrexo de ferradura). Niveis moi baixos de LPS poden causar coagulación do lisado de *Limulus* debido a unha potente amplificación por medio dunha fervenza encimática. Porén, debido á minguante poboación destes animais, e ao feito de que hai factores que interfiren co ensaio LAL, estanse facendo intentos de desenvolver ensaios alternativos, e os máis prometedores son os tests ELISA que usan unha versión recombinante dunha proteína do ensaio LAL, o factor C.

## Notas 
## Véxase tamén 
### Outros artigos 
* Bioaerosol
* Mucopolisacárido

### Ligazóns externas 
*