Bakteriosiini

Bakteriosiinit luokitellaan useilla eri tavoilla, mukaan lukien tuottava kanta, yleiset resistenssimekanismit ja tappomekanismi. On olemassa useita suuria bakteeriosiiniluokkia, jotka ovat vain fenomenologisesti sukua toisilleen. Näihin kuuluvat grampositiivisten bakteerien bakteeriosiinit, koliinit, mikrosiinit ja arkeologisten bakteerien bakteeriosiinit. E. coli -bakteerista peräisin olevia bakteeriosineja kutsutaan koliineiksi (aiemmin ”koliineiksi”, jotka tarkoittavat ”koliinitappajia”). Ne ovat pisimpään tutkittuja bakteerirokotiineja. Ne ovat monipuolinen bakteeriokiinien ryhmä, eivätkä ne sisällä kaikkia E. colin tuottamia bakteeriokiinejä. Itse asiassa yksi vanhimmista tunnetuista niin sanotuista koliineista oli nimeltään kolisiini V, ja nykyään se tunnetaan nimellä mikrosiini V. Se on paljon pienempi ja sitä tuotetaan ja erittyy eri tavalla kuin klassisia koliineja.

Tämä nimeämisjärjestelmä on ongelmallinen useista syistä. Ensinnäkin bakteerikiinien nimeäminen sen mukaan, mitä ne oletettavasti tappavat, olisi tarkempaa, jos niiden tappava spektri olisi yhteneväinen suku- tai lajinimitysten kanssa. Bakteeriosiinien spektri ylittää usein niiden nimettyjen taksonien rajat, eivätkä ne juuri koskaan tapa suurinta osaa niistä taksoneista, joiden mukaan ne on nimetty. Lisäksi alkuperäinen nimitys ei yleensä johdu bakteeriosiinin tappamasta herkästä kannasta vaan bakteeriosiinia tuottavasta organismista. Tämä tekee tämän nimeämisjärjestelmän käytöstä ongelmallisen teoriapohjan; siksi vaihtoehtoisia luokittelujärjestelmiä käytetään.

Bakteeriosineja, jotka sisältävät modifioitua aminohappoa lantioniinia osana rakennettaan, kutsutaan lantiobiooteiksi. Pyrkimykset järjestää uudelleen ribosomaalisesti syntetisoitujen ja posttranslationaalisesti modifioitujen peptidien (RiPP) luontaistuotteiden perheen nimikkeistö ovat kuitenkin johtaneet siihen, että lantipeptidit on erotettu bakteeriosiinien joukosta biosynteettisten geenien perusteella.

Luokittelumenetelmät Muokkaa

Vaihtoehtoisia luokittelumenetelmiä ovat mm. seuraavat: tappotapa (huokosmuodostusta aiheuttava menetelmä, nukleaasiaktiviteetti, peptidoglykaanituotannon esto jne.), genetiikka (suuret plasmidit, pienet plasmidit, kromosomaaliset), molekyylipaino ja kemia (suuri proteiini, peptidi, sokeriosuuden kanssa tai ilman, epätyypillisiä aminohappoja, kuten lantioniinia, sisältävä) ja tuotantomenetelmä (ribosomaalinen, postribosomaaliset modifikaatiot, ei-ribosomaalinen).

Gram-negatiivisista bakteereistaTiedosto

Gram-negatiiviset bakteerikiinit luokitellaan tyypillisesti koon mukaan. Mikrosiinit ovat kooltaan alle 20 kDa, kolisiinin kaltaiset bakteeriosiinit ovat kooltaan 20-90 kDa ja häntäsiinit eli niin sanotut suuren molekyylipainon bakteeriosiinit, jotka ovat monialayksikköisiä bakteeriosineja, jotka muistuttavat bakteriofagien häntiä. Tämä kokoluokitus osuu yksiin myös geneettisten, rakenteellisten ja toiminnallisten yhtäläisyyksien kanssa.

Mikrosiinit Muokkaa

Katso mikrosiinien pääartikkeli.

Kolisiinin kaltaiset bakteeriokiinit Muokkaa

Kolisiinit ovat gramnegatiivisessa E. coli -bakteerilajissa esiintyviä bakteeriokteiineja (CLB). Samankaltaisia bakteeriosineja esiintyy muissa gramnegatiivisissa bakteereissa. Nämä CLB:t eroavat grampositiivisista bakteerikoliineista. Ne ovat modulaarisia proteiineja, joiden koko on 20-90 kDa. Ne koostuvat usein reseptoria sitovasta domeenista, translokaatiodomeenista ja sytotoksisesta domeenista. Näiden domeenien yhdistelmiä eri CLB:iden välillä esiintyy usein luonnossa, ja niitä voidaan luoda laboratoriossa. Näiden kombinaatioiden vuoksi edelleen alaluokittelu voi perustua joko tuontimekanismiin (ryhmä A ja B) tai sytotoksiseen mekanismiin (nukleaasit, huokostenmuodostajat, M-tyyppi, L-tyyppi).

TailosiinitTiedostoa

Tutkimuksellisesti parhaiten tutkittuja ovat Pseudomonas aeruginosan tailosiinit. Ne voidaan jakaa edelleen R-tyypin ja F-tyypin pyrysiineihin.Joitakin tutkimuksia on tehty pyrysiinien tunnistamiseksi ja sen osoittamiseksi, miten ne osallistuvat lähisukulaisten Pseudomonas-bakteerien ”solujen väliseen” kilpailuun.

Kahdentyyppiset pyrstösiinit eroavat toisistaan rakenteensa perusteella; molemmat koostuvat vaipasta ja ontosta putkesta, jotka muodostavat pitkän helikoidisen heksameerirakenteen, joka on kiinnittyneenä pohjalevyyn. Niissä on useita häntäkuituja, joiden avulla viruspartikkeli voi sitoutua kohdesoluun. R-pyokiinit ovat kuitenkin suuri, jäykkä, supistumiskykyinen pyrstön kaltainen rakenne, kun taas F-pyokiinit ovat pieni, joustava, ei-supistumiskykyinen pyrstön kaltainen rakenne.

Hylsypyokiinit koodataan bakteerin genomissa olevilla profaagisekvensseillä, ja tuotanto tapahtuu, kun sukulaisbakteeri havaitaan kilpailevien bakteerien ympäristössä. Partikkelit syntetisoituvat solujen keskellä, ja kypsymisen jälkeen ne siirtyvät tubuliinirakenteen kautta solun napaan. Tailokiinit poistuvat sitten väliaineeseen solun lyysin yhteydessä. Ne voivat levitä jopa useita kymmeniä mikrometrejä solun erittäin korkean turgoripaineen ansiosta. Vapautuvat tailokiinit tunnistavat sitten kin bakteerit ja sitoutuvat niihin tappaakseen ne.

Gram-positiivisista bakteereistaMuutos

Gram-positiivisista bakteereista peräisin olevat bakteeriokiinit luokitellaan tyypillisesti luokkaan I, luokkaan IIa/b/c ja luokkaan III.

Luokan I bakteeri-inhibiittoritEdit

Luokan I bakteeri-inhibiittorit ovat pieniä peptidi-inhibiittoreita, ja niihin kuuluvat muun muassa nisiini ja muut lantibiootit.

Luokan II bakteeri-inhibiittoritEdit

Luokan II bakteeri-inhibiittorit ovat pieniä (<10 kDa:n suuruisia) kuumuusstabiileja proteiineja. Tämä luokka jakautuu viiteen alaluokkaan. Luokan IIa bakteeriosiinit (pediosiinien kaltaiset bakteeriosiinit) ovat suurin alaryhmä, ja ne sisältävät N-terminaalisen konsensussekvenssin -Tyr-Gly-Asn-Gly-Val-Xaa-Cys kauttaaltaan tässä ryhmässä. C-terminaali on vastuussa lajikohtaisesta aktiivisuudesta, joka aiheuttaa soluvuotoa permeabiloimalla kohdesoluseinän.

IIa-luokan bakteeriosiinien käyttömahdollisuudet elintarvikkeiden säilyttämisessä ja lääketieteellisissä sovelluksissa ovat suuret niiden vahvan Listerian vastaisen aktiivisuuden ja laajan toiminta-alueen vuoksi. Yksi esimerkki luokan IIa bakteeriosiinista on pediosiini PA-1. IIb-luokan bakteeriosiinit (kaksipeptidibakteeriosiinit) vaativat toimiakseen kaksi eri peptidiä. Yksi tällainen esimerkki on laktokokki G, joka permeabiloi solukalvoja yksiarvoisten natrium- ja kaliumkationien mutta ei kaksiarvoisten kationien osalta. Lähes kaikilla näillä bakteerikineillä on GxxxG-motiivi. Tätä motiivia esiintyy myös transmembraaniproteiineissa, joissa ne osallistuvat helix-helix-vuorovaikutuksiin. Näin ollen bakteeriosiinien GxxxG-motiivit voivat olla vuorovaikutuksessa bakteerisolujen kalvoissa olevien motiivien kanssa tappaen soluja. Luokkaan IIc kuuluvat sykliset peptidit, joissa N-terminaaliset ja C-terminaaliset alueet ovat kovalenttisesti yhteydessä toisiinsa. Enterosiini AS-48 on tämän ryhmän prototyyppi. Luokkaan IId kuuluvat yksipeptidiset bakteeriosiinit, joita ei ole muunnettu translaation jälkeen eikä niissä ole pediosiinien kaltaisia piirteitä. Paras esimerkki tästä ryhmästä on erittäin vakaa aureosiini A53. Tämä bakteeriosiini on vakaa erittäin happamissa olosuhteissa ja korkeissa lämpötiloissa, eivätkä proteaasit vaikuta siihen.

Viimeisimpänä ehdotettu alaluokka on luokka IIe, joka käsittää ne bakteeriosiinit, jotka koostuvat kolmesta tai neljästä muusta kuin pediosiinin kaltaisesta peptidistä. Paras esimerkki on aureosiini A70, nelipeptidinen bakteeriosiini, joka on erittäin aktiivinen Listeria monocytogenes -bakteeria vastaan ja jolla on potentiaalisia bioteknisiä sovelluksia.

Luokka III bakteeriosiinit Muokkaa

Luokan III bakteeriosiinit ovat isoja, lämpöherkkiä (>10 kDa:n kokoisia) valkuaisainebakteeriosineja. Tämä luokka jakautuu kahteen alaluokkaan: alaluokka IIIa (bakteriolysiinit) ja alaluokka IIIb. Alaluokkaan IIIa kuuluvat ne peptidit, jotka tappavat bakteerisoluja hajottamalla soluseinää ja aiheuttavat siten solujen lyysiä. Parhaiten tutkittu bakteriolysiini on lysostafiini, 27 kDa:n peptidi, joka hydrolysoi useiden Staphylococcus-lajien, pääasiassa S. aureuksen, soluseinät. Alaluokka IIIb sen sijaan käsittää ne peptidit, jotka eivät aiheuta solulyysiä, vaan tappavat kohdesoluja häiritsemällä plasmakalvopotentiaalia.

Luokan IV bakteeriosiinit Muokkaa

Luokan IV bakteeriosiinit määritellään kompleksisiksi bakteeriosiksiineiksi, jotka sisältävät lipidi- tai hiilihydraattiosuuksia. Vahvistus kokeellisin tiedoin saatiin kahden riippumattoman ryhmän tekemällä sublansiinin ja glykosiini F:n (GccF) karakterisoinnilla.

Tietokannat Muokkaa

Bakteriosiinien tietokantoja on käytettävissä kaksi: BAGEL ja BACTIBASE.