Bakteriocin

Bakteriociner kategoriseres på flere måder, herunder producerende stamme, almindelige resistensmekanismer og aflivningsmekanisme. Der findes flere store kategorier af bakteriociner, som kun er fænomenologisk beslægtede. Disse omfatter bakteriocinerne fra grampositive bakterier, colicinerne, mikrocinerne og bakteriocinerne fra Archaea. Bakteriocinerne fra E. coli kaldes coliciner (tidligere kaldet “coliciner”, der betyder “colidræbere”). Det er de bakteriociner, der er blevet undersøgt længst. De er en meget forskelligartet gruppe af bakteriociner og omfatter ikke alle de bakteriociner, der produceres af E. coli. Faktisk blev et af de ældste kendte såkaldte coliciner kaldt colicin V og er nu kendt som microcin V. Det er meget mindre og produceres og udskilles på en anden måde end de klassiske coliciner.

Dette navngivningssystem er problematisk af en række årsager. For det første ville det være mere præcist at navngive bakteriociner efter, hvad de formodes at dræbe, hvis deres dræberspektrum var sammenhængende med slægts- eller artsbetegnelser. Bakteriocinerne har ofte et spektrum, der overskrider grænserne for deres navngivne taxaer, og de dræber næsten aldrig størstedelen af de taxa, som de er navngivet efter. Desuden er den oprindelige navngivning generelt ikke afledt af den følsomme stamme, som bakteriocinet dræber, men i stedet af den organisme, der producerer bakteriocinet. Dette gør brugen af dette navngivningssystem til et problematisk grundlag for teori; derfor de alternative klassifikationssystemer.

Bakteriociner, der indeholder den modificerede aminosyre lanthionin som en del af deres struktur, kaldes lantibiotika. Bestræbelser på at reorganisere nomenklaturen for familien af ribosomalt syntetiserede og posttranslationelt modificerede peptid (RiPP) naturprodukter har imidlertid ført til differentiering af lantipeptider fra bakteriociner baseret på biosyntetiske gener.

KlassifikationsmetoderRediger

Alternative klassifikationsmetoder omfatter: aflivningsmetode (poredannende, nucleaseaktivitet, hæmning af peptidoglykanproduktion osv.), genetik (store plasmider, små plasmider, kromosomale), molekylvægt og kemi (stort protein, peptid, med/uden sukkerkomponent, indeholdende atypiske aminosyrer såsom lanthionin) og produktionsmetode (ribosomale, post-ribosomale modifikationer, ikke-ribosomale).

Fra gramnegative bakterierEdit

Gramnegative bakteriociner klassificeres typisk efter størrelse. Mikrociner er mindre end 20 kDa i størrelse, colicinlignende bakteriociner er 20 til 90 kDa i størrelse og tailociner eller såkaldte højmolekylære bakteriociner, som er bakteriociner med flere underenheder, der ligner haler halerne på bakteriofager. Denne størrelsesinddeling falder også sammen med genetiske, strukturelle og funktionelle ligheder.

MikrocinerRediger

Se hovedartiklen om mikrociner.

Colicinlignende bakteriocinerRediger

Coliciner er bakteriociner (CLB’er), der findes i den gramnegative E. coli. Lignende bakteriociner forekommer i andre gramnegative bakterier. Disse CLB’er adskiller sig fra Gram-positive bakteriociner. Det er modulære proteiner med en størrelse på mellem 20 og 90 kDa. De består ofte af et receptorbindingsdomæne, et translokationsdomæne og et cytotoksisk domæne. Kombinationer af disse domæner mellem forskellige CLB’er forekommer hyppigt i naturen og kan skabes i laboratoriet. På grund af disse kombinationer kan der foretages en yderligere underklassificering baseret på enten importmekanisme (gruppe A og B) eller på cytotoksisk mekanisme (nukleaser, poredannende, M-type, L-type).

TailocinerRediger

Mest velundersøgte er tailocinerne fra Pseudomonas aeruginosa. De kan yderligere underopdeles i pyociner af R-type og F-type.Der er foretaget en del forskning for at identificere pyocinerne og vise, hvordan de er involveret i “celle-til-celle”-konkurrencen hos de nært beslægtede Pseudomonas-bakterier.

De to typer tailociner adskiller sig ved deres struktur; de er begge sammensat af en kappe og et hult rør, der danner en lang helicoidal hexamerisk struktur, der er fastgjort til en grundplade. Der er flere halefibre, som gør det muligt for den virale partikel at binde sig til målcellen. R-pyocinerne er dog en stor, stiv, kontraktile halelignende struktur, mens F-pyocinerne er en lille fleksibel, ikke-kontraktile halelignende struktur.

Haleocinerne er kodet af prophage-sekvenser i bakteriernes genom, og produktionen vil ske, når en kin-bakterie bliver spottet i miljøet af de konkurrerende bakterier. Partiklerne syntetiseres i midten af cellerne, og efter modning vil de vandre til cellepolen via tubulinstrukturen. Tailocinerne vil derefter blive udstødt i mediet i forbindelse med cellelysen. De kan projiceres op til flere tiendedele mikrometer takket være et meget højt turgortryk i cellen. De frigivne tailociner vil derefter genkende og binde sig til de beslægtede bakterier for at dræbe dem.

Fra grampositive bakterierRediger

Bacteriociner fra grampositive bakterier er typisk klassificeret i klasse I, klasse IIa/b/c og klasse III.

Klasse I-bakteriocinerEdit

Bakteriocinerne i klasse I er små peptidinhibitorer og omfatter nisin og andre lantibiotika.

Klasse II-bakteriocinerEdit

Bakteriocinerne i klasse II er små (<10 kDa) varmestabile proteiner. Denne klasse er underopdelt i fem underklasser. Bakteriocinerne i klasse IIa (pediocin-lignende bakteriociner) er den største undergruppe og indeholder en N-terminal konsensussekvens -Tyr-Gly-Asn-Gly-Val-Xaa-Cys på tværs af denne gruppe. C-terminalen er ansvarlig for den artsspecifikke aktivitet, der forårsager cellelækage ved at permeabilisere målcellens væg.

Klasse IIa-bakteriociner har et stort potentiale for anvendelse inden for fødevarekonservering og medicinske anvendelser på grund af deres stærke anti-Listeria-aktivitet og brede aktivitetsområde. Et eksempel på bakteriocin i klasse IIa er pediocin PA-1. Bakteriociner i klasse IIb (to-peptid-bakteriociner) kræver to forskellige peptider for at være aktive. Et sådant eksempel er lactococcin G, som permeabiliserer cellemembraner for monovalente natrium- og kaliumkationer, men ikke for divalente kationer. Næsten alle disse bakteriociner har et GxxxG-motiv. Dette motiv findes også i transmembranproteiner, hvor de er involveret i helix-helix-interaktioner. Derfor kan bakteriocin GxxxG-motiverne interagere med motiverne i bakteriecellers membraner og dermed dræbe cellerne. Klasse IIc omfatter cykliske peptider, hvor de N-terminale og C-terminale regioner er kovalent forbundet. Enterocin AS-48 er prototypen på denne gruppe. Klasse IId omfatter enkeltpeptid-bakteriociner, som ikke er posttranslationelt modificeret og ikke viser den pediocinlignende signatur. Det bedste eksempel på denne gruppe er det meget stabile aureocin A53. Dette bakteriocin er stabilt under meget sure forhold og høje temperaturer og påvirkes ikke af proteaser.

Den senest foreslåede underklasse er klasse IIe, som omfatter de bakteriociner, der består af tre eller fire ikke-pediocinlignende peptider. Det bedste eksempel er aureocin A70, et fire-peptid-bakteriocin, der er meget aktivt mod Listeria monocytogenes, med potentielle bioteknologiske anvendelser.

Klasse III-bakteriocinerRediger

Klasse III-bakteriociner er store, varmelabile (>10 kDa) proteinbakteriociner. Denne klasse er underopdelt i to underklasser: underklasse IIIa (bakteriolysiner) og underklasse IIIb. Underklasse IIIa omfatter de peptider, der dræber bakterieceller ved nedbrydning af cellevæggen og dermed forårsager cellelysis. Det bedst undersøgte bakteriolysin er lysostaphin, et 27 kDa peptid, der hydrolyserer cellevæggene hos flere Staphylococcus-arter, hovedsagelig S. aureus. Underklasse IIIb omfatter derimod de peptider, der ikke forårsager cellelysis, men dræber målcellerne ved at forstyrre plasmamembranpotentialet.

Klasse IV-bakteriocinerRediger

Klasse IV-bakteriociner er defineret som komplekse bakteriociner, der indeholder lipid- eller kulhydratdele. Bekræftelse ved hjælp af eksperimentelle data blev etableret med karakteriseringen af sublancin og glycocin F (GccF) af to uafhængige grupper.

DatabaserRediger

Der findes to databaser over bakteriociner: BAGEL og BACTIBASE.