Bacteriocin

Bacteriocine werden auf verschiedene Weise kategorisiert, u.a. nach dem produzierenden Stamm, den üblichen Resistenzmechanismen und dem Mechanismus der Abtötung. Es gibt mehrere große Kategorien von Bakteriozinen, die nur phänomenologisch verwandt sind. Dazu gehören die Bakteriozine von gram-positiven Bakterien, die Colicine, die Mikrozine und die Bakteriozine von Archaea. Die Bakteriozine aus E. coli werden Colicine genannt (früher ‚Colicine‘, was ‚Coli-Killer‘ bedeutet). Sie sind die am längsten untersuchten Bakteriozine. Sie sind eine vielfältige Gruppe von Bakteriozinen und umfassen nicht alle von E. coli produzierten Bakteriozine. Eines der ältesten bekannten so genannten Colicine wurde Colicin V genannt und ist heute als Microcin V bekannt. Es ist viel kleiner und wird auf eine andere Art und Weise produziert und sezerniert als die klassischen Colicine.

Dieses Benennungssystem ist aus einer Reihe von Gründen problematisch. Erstens wäre die Benennung von Bakteriozinen nach dem, was sie angeblich töten, genauer, wenn ihr Tötungsspektrum mit den Gattungs- oder Artbezeichnungen übereinstimmen würde. Die Bakteriozine besitzen häufig Spektren, die über die Grenzen der benannten Taxa hinausgehen, und töten fast nie die Mehrheit der Taxa, nach denen sie benannt sind. Außerdem leitet sich die ursprüngliche Namensgebung im Allgemeinen nicht von dem empfindlichen Stamm ab, den das Bakteriozin tötet, sondern von dem Organismus, der das Bakteriozin produziert. Dies macht die Verwendung dieses Benennungssystems zu einer problematischen Grundlage für die Theorie; daher die alternativen Klassifizierungssysteme.

Bakteriozine, die die modifizierte Aminosäure Lanthionin als Teil ihrer Struktur enthalten, werden als Lantibiotika bezeichnet. Bemühungen, die Nomenklatur der Familie der ribosomal synthetisierten und posttranslational modifizierten Peptide (RiPP) zu reorganisieren, haben jedoch zur Unterscheidung der Lantipeptide von den Bakteriozinen auf der Grundlage der Biosynthesegene geführt.

KlassifizierungsmethodenBearbeiten

Zu den alternativen Klassifizierungsmethoden gehören: Art der Abtötung (Porenbildung, Nukleaseaktivität, Hemmung der Peptidoglykanproduktion usw.), Genetik (große Plasmabildung).), Genetik (große Plasmide, kleine Plasmide, chromosomal), Molekulargewicht und Chemie (großes Protein, Peptid, mit/ohne Zuckeranteil, mit atypischen Aminosäuren wie Lanthionin) und Produktionsmethode (ribosomal, post-ribosomale Modifikationen, nicht-ribosomal).

Von gramnegativen BakterienEdit

Gramnegative Bakteriozine werden in der Regel nach ihrer Größe klassifiziert. Mikrozine haben eine Größe von weniger als 20 kDa, Colicin-ähnliche Bakteriozine haben eine Größe von 20 bis 90 kDa und Tailocine oder so genannte Bakteriozine mit hohem Molekulargewicht sind Bakteriozine mit mehreren Untereinheiten, die den Schwänzen von Bakteriophagen ähneln. Diese Größenklassifizierung stimmt auch mit genetischen, strukturellen und funktionellen Ähnlichkeiten überein.

MikrocineBearbeiten

Siehe Hauptartikel über Mikrocine.

Colicin-ähnliche BakteriozineBearbeiten

Colicine sind Bakteriozine (CLBs), die in gramnegativen E. coli vorkommen. Ähnliche Bakteriozine kommen auch in anderen gramnegativen Bakterien vor. Diese CLBs unterscheiden sich von den Gram-positiven Bakteriozinen. Es handelt sich um modulare Proteine mit einer Größe zwischen 20 und 90 kDa. Sie bestehen häufig aus einer rezeptorbindenden Domäne, einer Translokationsdomäne und einer zytotoxischen Domäne. Kombinationen dieser Domänen zwischen verschiedenen CLBs kommen in der Natur häufig vor und können im Labor hergestellt werden. Aufgrund dieser Kombinationen kann eine weitere Unterteilung entweder nach dem Importmechanismus (Gruppe A und B) oder nach dem zytotoxischen Mechanismus (Nukleasen, porenbildend, M-Typ, L-Typ) erfolgen.

TailocineEdit

Am besten untersucht sind die Tailocine von Pseudomonas aeruginosa. Sie können weiter in Pyocine des R-Typs und des F-Typs unterteilt werden. Einige Forschungen wurden durchgeführt, um die Pyocine zu identifizieren und zu zeigen, wie sie an der „Zell-zu-Zell“-Konkurrenz der eng verwandten Pseudomonas-Bakterien beteiligt sind.

Die beiden Arten von Tailocinen unterscheiden sich durch ihre Struktur; sie bestehen beide aus einer Hülle und einer hohlen Röhre, die eine lange helikoidale hexamere Struktur bilden, die an einer Grundplatte befestigt ist. Es gibt mehrere Schwanzfasern, die es dem viralen Partikel ermöglichen, sich an die Zielzelle zu binden. Die R-Pyocine sind jedoch eine große, starre, kontraktile, schwanzähnliche Struktur, während die F-Pyocine eine kleine, flexible, nicht kontraktile, schwanzähnliche Struktur sind.

Die Tailocine werden durch Prophagen-Sequenzen im Bakteriengenom kodiert, und die Produktion erfolgt, wenn ein Verwandter in der Umgebung des konkurrierenden Bakteriums entdeckt wird. Die Partikel werden im Zentrum der Zellen synthetisiert und wandern nach der Reifung über die Tubulinstruktur zum Zellpol. Die Tailocine werden dann bei der Zelllyse in das Medium geschleudert. Dank eines sehr hohen Turgordrucks der Zelle können sie bis zu mehreren zehn Mikrometern weit geschleudert werden. Die freigesetzten Tailocine erkennen und binden dann an die verwandte Bakterie, um sie abzutöten.

Von Gram-positiven BakterienBearbeiten

Bacteriocine von Gram-positiven Bakterien werden typischerweise in Klasse I, Klasse IIa/b/c und Klasse III eingeteilt.

Bakteriozine der Klasse IBearbeiten

Die Bakteriozine der Klasse I sind kleine Peptidinhibitoren und umfassen Nisin und andere Lantibiotika.

Bakteriozine der Klasse IIBearbeiten

Die Bakteriozine der Klasse II sind kleine (<10 kDa) hitzestabile Proteine. Diese Klasse ist in fünf Unterklassen unterteilt. Die Bakteriozine der Klasse IIa (Pediocin-ähnliche Bakteriozine) sind die größte Untergruppe und enthalten eine N-terminale Konsensussequenz – Tyr-Gly-Asn-Gly-Val-Xaa-Cys – quer durch diese Gruppe. Der C-Terminus ist für die speziesspezifische Aktivität verantwortlich, die durch Permeabilisierung der Zielzellwand ein Zellleck verursacht.

Bakteriozine der Klasse IIa haben aufgrund ihrer starken Anti-Listeria-Aktivität und ihres breiten Wirkungsspektrums ein großes Potenzial für den Einsatz in der Lebensmittelkonservierung sowie in medizinischen Anwendungen. Ein Beispiel für ein Bakteriozin der Klasse IIa ist Pediocin PA-1. Die Bakteriozine der Klasse IIb (Zwei-Peptid-Bakteriozine) benötigen zwei verschiedene Peptide für ihre Aktivität. Ein solches Beispiel ist Lactococcin G, das Zellmembranen für einwertige Natrium- und Kaliumkationen durchlässig macht, nicht aber für zweiwertige Kationen. Fast alle diese Bacteriocine haben ein GxxxG-Motiv. Dieses Motiv findet sich auch in Transmembranproteinen, wo sie an Helix-Helix-Wechselwirkungen beteiligt sind. Dementsprechend können die GxxxG-Motive der Bakteriozine mit den Motiven in den Membranen der Bakterienzellen wechselwirken und die Zellen abtöten. Die Klasse IIc umfasst zyklische Peptide, bei denen die N-terminalen und C-terminalen Regionen kovalent miteinander verbunden sind. Enterocin AS-48 ist der Prototyp dieser Gruppe. Die Klasse IId umfasst Einzelpeptid-Bakteriozine, die nicht posttranslational modifiziert sind und nicht die Pediozin-ähnliche Signatur aufweisen. Das beste Beispiel für diese Gruppe ist das sehr stabile Aureocin A53. Dieses Bakteriocin ist unter stark sauren Bedingungen und hohen Temperaturen stabil und wird von Proteasen nicht beeinträchtigt.

Die jüngst vorgeschlagene Unterklasse ist die Klasse IIe, die jene Bakteriozine umfasst, die aus drei oder vier nicht-pediocinartigen Peptiden bestehen. Das beste Beispiel ist Aureocin A70, ein Vier-Peptid-Bakteriozin, das hochaktiv gegen Listeria monocytogenes ist und potenzielle biotechnologische Anwendungen hat.

Bakteriozine der Klasse IIIBearbeiten

Bakteriozine der Klasse III sind große, hitzelabile (>10 kDa) Proteinbakteriozine. Diese Klasse wird in zwei Unterklassen unterteilt: Unterklasse IIIa (Bakteriolysine) und Unterklasse IIIb. Die Unterklasse IIIa umfasst diejenigen Peptide, die Bakterienzellen durch Zellwandabbau abtöten und damit eine Zelllyse bewirken. Das am besten untersuchte Bakteriolysin ist Lysostaphin, ein 27 kDa großes Peptid, das die Zellwände mehrerer Staphylococcus-Arten, vor allem von S. aureus, hydrolysiert. Die Unterklasse IIIb umfasst dagegen Peptide, die keine Zelllyse bewirken, sondern die Zielzellen durch Störung des Plasmamembranpotenzials abtöten.

Bakteriozine der Klasse IVBearbeiten

Bakteriozine der Klasse IV werden als komplexe Bakteriozine definiert, die Lipid- oder Kohlenhydratbestandteile enthalten. Die Bestätigung durch experimentelle Daten erfolgte durch die Charakterisierung von Sublancin und Glycocin F (GccF) durch zwei unabhängige Gruppen.

DatenbankenBearbeiten

Es gibt zwei Datenbanken für Bakteriozine: BAGEL und BACTIBASE.