Bakteriocyna - Bacteriocin

Rodzina podobna do laktokokcyny
Identyfikatory
Symbol	Laktokocyna
Pfam	PF04369
Klan Pfam	CL0400
InterPro	IPR007464
TCDB	1.C.22
Nadrodzina OPM	141
Białko OPM	6 gnz
Dostępne struktury białkowe: Pfam   konstrukcje / ECOD   WPB WPB RCSB ; PDBe ; PDBj PDBsum podsumowanie struktury

Bakteriocyna (Lactococcin_972)
Identyfikatory
Symbol	Laktokokcyna_972
Pfam	PF09683
InterPro	IPR006540
TCDB	1.C.37
Nadrodzina OPM	457
Białko OPM	2lgn
Dostępne struktury białkowe: Pfam   konstrukcje / ECOD   WPB WPB RCSB ; PDBe ; PDBj PDBsum podsumowanie struktury

Bakteriocyny są toksynami białkowymi lub peptydowymi wytwarzanymi przez bakterie w celu hamowania wzrostu podobnych lub blisko spokrewnionych szczepów bakteryjnych. Są one podobne do czynników zabijających drożdże i pantofelek i są zróżnicowane strukturalnie, funkcjonalnie i ekologicznie. Testuje się zastosowania bakteriocyn, aby ocenić ich zastosowanie jako antybiotyków o wąskim spektrum.

Bakteriocyny po raz pierwszy odkrył André Gratia w 1925 roku. Był zaangażowany w proces poszukiwania sposobów zabijania bakterii, co również zaowocowało opracowaniem antybiotyków i odkryciem bakteriofaga , a wszystko to w ciągu kilku lat. Swoje pierwsze odkrycie nazwał kolicyną, ponieważ zabiła E. coli .

Klasyfikacja

Bakteriocyny są klasyfikowane na kilka sposobów, w tym wytwarzające szczepy, powszechne mechanizmy oporności i mechanizm zabijania. Istnieje kilka dużych kategorii bakteriocyny, które są tylko pokrewne fenomenologicznie. Należą do nich bakteriocyny z bakterii Gram-dodatnich, kolicyny , mikrocyny i bakteriocyny z Archaea . Bakteriocyny z E. coli nazywane są kolicynami (wcześniej zwanymi „kolicynami”, co oznacza „zabójców coli”). Są to najdłużej badane bakteriocyny. Stanowią zróżnicowaną grupę bakteriocyn i nie obejmują wszystkich bakteriocyn wytwarzanych przez E. coli. W rzeczywistości jedna z najstarszych znanych tak zwanych kolicyn nosiła nazwę kolicyna V i jest obecnie znana jako mikrocyna V . Jest znacznie mniejszy, wytwarzany i wydzielany w inny sposób niż klasyczne kolicyny.

Ten system nazewnictwa jest problematyczny z wielu powodów. Po pierwsze, nazywanie bakteriocyn według tego, co przypuszczalnie zabijają, byłoby dokładniejsze, gdyby ich spektrum zabijania przylegało do oznaczeń rodzaju lub gatunku. Bakteriocyny często posiadają widma, które przekraczają granice ich nazwanych taksonów i prawie nigdy nie zabijają większości taksonów, od których zostały nazwane. Co więcej, oryginalne nazewnictwo na ogół pochodzi nie od wrażliwego szczepu, który zabija bakteriocyna, ale od organizmu, który wytwarza bakteriocynę. To sprawia, że ​​użycie tego systemu nazewnictwa jest problematyczną podstawą teorii; stąd alternatywne systemy klasyfikacji.

Bakteriocyny zawierające Modyfikowaną aminokwasowej lantioniny jako część ich struktury nazywane są lantibiotics . Jednak wysiłki zmierzające do reorganizacji nazewnictwa rodziny produktów naturalnych peptydów syntetyzowanych rybosomalnie i potranslacyjnie modyfikowanych (RiPP) doprowadziły do ​​odróżnienia lantipeptydów od bakteriocyn w oparciu o geny biosyntetyczne.

Metody klasyfikacji

Alternatywne metody klasyfikacji obejmują: metodę zabijania ( tworzenie porów , aktywność nukleazy , hamowanie produkcji peptydoglikanów itp.), genetykę (duże plazmidy , małe plazmidy, chromosomalne ), masę cząsteczkową i chemię (duże białko, peptyd , z/bez cukru ugrupowanie, zawierające nietypowe aminokwasy, takie jak lantionina) oraz sposób wytwarzania ( rybosom , modyfikacje postrybosomalne, nierybosom).

Z bakterii Gram-ujemnych

Bakteriocyny Gram-ujemne są zazwyczaj klasyfikowane według wielkości. Mikrocyny mają rozmiar mniejszy niż 20 kDa, bakteriocyny kolicynopodobne mają rozmiar 20 do 90 kDa, a tailocyny lub tak zwane bakteriocyny o dużej masie cząsteczkowej, które są bakteriocynami o wielu podjednostkach, które przypominają ogonki bakteriofagów. Ta klasyfikacja wielkości pokrywa się również z podobieństwami genetycznymi, strukturalnymi i funkcjonalnymi.

Mikrocyny

Zobacz główny artykuł o mikrocynach .

Bakteriocyny kolicynopodobne

Kolicyny to bakteriocyny (CLB) występujące w Gram-ujemnej E. coli . Podobne bakteriocyny występują w innych bakteriach Gram-ujemnych. Te CLB różnią się od bakteriocyn Gram-dodatnich. Są to białka modułowe o wielkości od 20 do 90 kDa. Często składają się z domeny wiążącej receptor, domeny translokacyjnej i domeny cytotoksycznej. Kombinacje tych domen pomiędzy różnymi CLB występują często w naturze i mogą być tworzone w laboratorium. Ze względu na te kombinacje dalsza podklasyfikacja może opierać się na mechanizmie importu (grupa A i B) lub mechanizmie cytotoksycznym (nukleazy, tworzenie porów, typ M, typ L).

Tailocyny

Najlepiej zbadane są tailocyny Pseudomonas aeruginosa . Można je dalej podzielić na piocyny typu R i typu F. Przeprowadzono pewne badania w celu zidentyfikowania piocyn i wykazania, w jaki sposób biorą one udział w rywalizacji „komórka-komórka” blisko spokrewnionej bakterii Pseudomonas.

Te dwa rodzaje tailocyn różnią się budową; oba składają się z osłony i pustej rurki tworzących długą helikoidalną strukturę heksameryczną przymocowaną do płyty podstawowej. Istnieje wiele włókien ogonka, które umożliwiają cząsteczce wirusa wiązanie się z komórką docelową. Jednak piocyny R są dużą, sztywną kurczliwą strukturą podobną do ogona, podczas gdy piocyny F są małą elastyczną, niekurczliwą strukturą podobną do ogona.

Tailocyny są kodowane przez sekwencje profagów w genomie bakterii, a produkcja nastąpi, gdy krewna bakteria zostanie zauważona w środowisku bakterii konkurencyjnych. Cząsteczki są syntetyzowane w centrum komórek i po dojrzewaniu migrują do bieguna komórki poprzez strukturę tubuliny. Tailocyny zostaną następnie wyrzucone do pożywki z lizą komórek. Mogą być rzutowane do kilkudziesięciu mikrometrów dzięki bardzo wysokiemu ciśnieniu turgoru ogniwa. Uwolnione tailocyny będą następnie rozpoznawać i wiązać się z pokrewnymi bakteriami, aby je zabić.

Z bakterii Gram-dodatnich

Bakteriocyny z bakterii Gram-dodatnich są zazwyczaj klasyfikowane do Klasy I, Klasy IIa/b/c i Klasy III.

Bakteriocyny klasy I

W bakteriocyny klasy I są drobnocząsteczkowe inhibitory peptydowe obejmują nizyny i innych lantibiotics .

Bakteriocyny klasy II

Do klasy II bakteriocyny są małe (<10 kDa) termostabilnych. Ta klasa jest podzielona na pięć podklas. Bakteriocyny klasy IIa (bakteriocyny podobne do pediocyny) stanowią największą podgrupę i zawierają w tej grupie N-końcową sekwencję konsensusową -Tyr-Gly-Asn-Gly-Val-Xaa-Cys. C-terminal odpowiada za aktywność specyficzną dla gatunku, powodując przeciekanie komórek poprzez przepuszczanie ściany komórki docelowej.

Bakteriocyny klasy IIa mają duży potencjał do zastosowania w konserwacji żywności, jak również w zastosowaniach medycznych ze względu na ich silne działanie przeciw Listerii i szeroki zakres działania. Jednym z przykładów bakteriocyny klasy IIa jest pediocyna PA-1 .

Bakteriocyny klasy IIb (bakteriocyny dwupeptydowe) wymagają do aktywności dwóch różnych peptydów. Jednym z takich przykładów jest laktokocyna G , która przepuszcza błony komórkowe dla jednowartościowych kationów sodu i potasu , ale nie dla dwuwartościowych kationów. Prawie wszystkie te bakteriocyny mają motywy GxxxG. Motyw ten występuje również w białkach transbłonowych , gdzie biorą udział w oddziaływaniach helisa-helisa. W związku z tym motywy bakteriocynowe GxxxG mogą oddziaływać z motywami w błonach komórek bakteryjnych, zabijając komórki.

Klasa IIc obejmuje peptydy cykliczne , w których regiony N-końcowe i C-końcowe są połączone kowalencyjnie. Enterocin AS-48 jest prototypem tej grupy.

Klasa IId obejmuje bakteriocyny jednopeptydowe, które nie są modyfikowane potranslacyjnie i nie wykazują sygnatury podobnej do pediocyny. Najlepszym przykładem z tej grupy jest wysoce stabilna aureocyna A53 . Ta bakteriocyna jest stabilna w silnie kwaśnych warunkach, w wysokich temperaturach i nie ma na nią wpływu proteazy .

Ostatnio proponowaną podklasą jest Klasa IIe, która obejmuje te bakteriocyny złożone z trzech lub czterech peptydów niepodobnych do pediocyny. Najlepszym przykładem jest aureocyna A70 , czteropeptydowa bakteriocyna, wysoce aktywna wobec Listeria monocytogenes , o potencjalnych zastosowaniach biotechnologicznych.

Bakteriocyny klasy III

Bakteriocyny klasy III są dużymi, termolabilnymi (>10 kDa) bakteriocynami białkowymi. Ta klasa jest podzielona na dwie podklasy: podklasę IIIa ( bakteriolizyny ) i podklasę IIIb. Podklasa IIIa obejmuje te peptydy, które zabijają komórki bakteryjne przez degradację ściany komórkowej , powodując w ten sposób lizę komórki. Najlepiej zbadaną bakteriolizyną jest lizostafina , peptyd o masie 27 kDa, który hydrolizuje ściany komórkowe kilku gatunków Staphylococcus , głównie S. aureus . W przeciwieństwie do tego, podklasa IIIb obejmuje te peptydy, które nie powodują lizy komórek, zabijając komórki docelowe przez rozerwanie potencjału błony komórkowej.

Bakteriocyny klasy IV

Bakteriocyny klasy IV definiuje się jako złożone bakteriocyny zawierające ugrupowania lipidowe lub węglowodanowe . Potwierdzenie danymi doświadczalnymi ustalono z charakteryzacją sublancyny i glikocyny F (GccF) przez dwie niezależne grupy.

Bazy danych

Dostępne są dwie bazy bakteriocyn: BAGEL i BACTIBASE.

Zastosowania

Od 2016 r. nizyna była jedyną bakteriocyną ogólnie uznaną przez FDA za bezpieczną i była stosowana jako konserwant żywności w kilku krajach. Generalnie bakteriocyny nie są przydatne jako konserwanty żywności, ponieważ są drogie w produkcji, rozkładają się w produktach spożywczych, uszkadzają niektóre białka w żywności i działają na zbyt wąski zakres drobnoustrojów.

Ponadto bakteriocyny aktywne przeciwko E. coli , Salmonella i Pseudomonas aeruginosa zostały wyprodukowane in planta w celu wykorzystania ich jako dodatków do żywności. Stosowanie bakteriocyn w żywności zostało ogólnie uznane przez FDA za bezpieczne .

Ponadto ostatnio wykazano, że bakteriocyny aktywne przeciwko bakteriom patogennym roślin mogą ulegać ekspresji w roślinach, aby zapewnić silną odporność na choroby roślin.

Znaczenie dla zdrowia ludzkiego

Bakteriocyny są wytwarzane przez niepatogenne Lactobacilli w pochwie i pomagają utrzymać stabilność mikrobiomu pochwy .

Badania

Bakteriocyny zostały zaproponowane jako zamiennik antybiotyków, na które uodporniły się bakterie chorobotwórcze . Potencjalnie bakteriocyny mogą być wytwarzane przez bakterie celowo wprowadzone do organizmu pacjenta w celu zwalczania infekcji. Istnieje kilka strategii, dzięki którym można odkryć nowe bakteriocyny. W przeszłości bakteriocyny musiały być identyfikowane przez intensywne badania przesiewowe oparte na kulturach pod kątem aktywności przeciwdrobnoustrojowej wobec odpowiednich celów, a następnie oczyszczane przy użyciu wymagających metod przed badaniem. Jednak od nastania ery genomicznej dostępność sekwencji genomu bakteryjnego zrewolucjonizowała podejście do identyfikacji bakteriocyn. Niedawno opracowane metody oparte na in silico można zastosować do szybkiego badania przesiewowego tysięcy genomów bakteryjnych w celu identyfikacji nowych peptydów przeciwdrobnoustrojowych.

Począwszy od roku 2014 miał pewne bakteriocyny badano in vitro badań, aby zobaczyć, czy mogą zatrzymać replikację wirusów, mianowicie staphylococcin 188 przeciwko wirusowi choroby Newcastle , wirus grypy , wirus i coliphage HSA; każdy z enterocyny AAR-71 klasy IIa, enterocyny AAR-74 klasy IIa i erwiniocyny NA4 przeciwko wirusowi colifaga HSA; każdy z enterocyny ST5Ha, enterocyny NKR-5-3C i subtilozyny przeciwko HSV-1; każdy z enterocyny ST4V i enterocyny CRL35 klasy IIa przeciwko HSV-1 i HSV-2; labiryntopeptyna A1 przeciwko HIV-1 i HSV-1; i bakteriocyna z Lactobacillus delbrueckii przeciwko wirusowi grypy.

Od 2009 r. niektóre bakteriocyny, cytolizyna, pyocyna S2, kolicyny A i E1 oraz mikrocyna McCE492 były testowane na liniach komórek nowotworowych oraz w mysim modelu nowotworu.

Wg nazwy

Zobacz też

• Peptydy przeciwdrobnoustrojowe
• Białka błon obwodowych

Bibliografia

Zewnętrzne linki

• Bajgiel Baza Bakteriocyny
• Baza danych BACTIBASE
• Bakteriocyny w amerykańskiej National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)