Bakteriocin

A bakteriocint többféleképpen kategorizálják, beleértve a termelő törzset, a gyakori rezisztencia-mechanizmusokat és az ölési mechanizmust. A bakteriocinoknak több nagy kategóriája van, amelyek csak fenomenológiailag kapcsolódnak egymáshoz. Ezek közé tartoznak a gram-pozitív baktériumokból származó bakteriocinek, a colicinok, a mikrocinek és az Archaea-baktériumokból származó bakteriocinek. Az E. coli-baktériumból származó bakteriocint nevezik kólikinnek (korábban “kólikinek”, azaz “kóligyilkosok”). Ezek a legrégebben vizsgált bakteriocinek. Ezek a bakteriocinek változatos csoportját alkotják, és nem tartalmazzák az E. coli által termelt összes bakteriocint. Valójában az egyik legrégebbi ismert ún. kolicint kolicin V-nek hívták, ma pedig mikrocin V néven ismert. Ez sokkal kisebb, és más módon termelődik és szekretálódik, mint a klasszikus kolicinek.

Ez az elnevezési rendszer több okból is problematikus. Először is, a bakteriocinek elnevezése aszerint, hogy mit ölnek meg feltételezhetően, pontosabb lenne, ha az ölési spektrumuk egybeesne a nemzetség- vagy fajmegjelöléssel. A bakteriocinek gyakran rendelkeznek olyan spektrummal, amely meghaladja a megnevezett taxonok határait, és szinte soha nem ölik meg azon taxonok többségét, amelyekről elnevezték őket. Továbbá az eredeti elnevezés általában nem az érzékeny törzsből származik, amelyet a bakteriocin megöl, hanem a bakteriocint termelő organizmusból. Ez az elnevezési rendszer használatát problémás elméleti alappá teszi; ezért az alternatív osztályozási rendszerek.

A szerkezetük részeként a módosított aminosavat, a lantionint tartalmazó bakteriocinokat lantibiotikumoknak nevezik. A riboszómálisan szintetizált és poszttranszlációsan módosított peptid (RiPP) természetes termékek családjának nómenklatúráját átszervező törekvések azonban a bioszintetikus gének alapján a lantipeptidek bakteriocintól való megkülönböztetéséhez vezettek.

Az osztályozás módszereiSzerkesztés

Az osztályozás alternatív módszerei: az ölés módja (pórusképző, nukleáz aktivitás, peptidoglikán termelés gátlása stb.), genetika (nagy plazmidok, kis plazmidok, kromoszómális), molekulatömeg és kémia (nagy fehérje, peptid, cukorrészlettel/ anélkül, atipikus aminosavakat tartalmazó, pl. lantionin), és a termelés módja (riboszómális, posztriboszómális módosítások, nem-riboszómális).

Gram-negatív baktériumokbólMódosítás

A Gram-negatív bakteriocint jellemzően méret szerint osztályozzák. A mikrocinek 20 kDa-nál kisebb méretűek, a kolicinszerű bakteriocinek 20-90 kDa méretűek és a tailocinek vagy ún. nagy molekulatömegű bakteriocinek, amelyek több alegységből álló bakteriocinek, amelyek a bakteriofágok farkaihoz hasonlítanak. Ez a méret szerinti besorolás egybeesik a genetikai, szerkezeti és funkcionális hasonlóságokkal is.

MikrocinekSzerkesztés

Lásd a mikrocinekről szóló fő cikket.

Kolicinszerű bakteriocinekSzerkesztés

A kolicinok a Gram-negatív E. coliban található bakteriocinek (CLB-k). Hasonló bakteriocinek más Gram-negatív baktériumokban is előfordulnak. Ezek a CLB-k különböznek a Gram-pozitív bakteriocinoktól. Ezek 20 és 90 kDa közötti moduláris fehérjék. Gyakran egy receptorkötő doménből, egy transzlokációs doménből és egy citotoxikus doménből állnak. E domének kombinációi különböző CLB-k között gyakran előfordulnak a természetben, és laboratóriumban is létrehozhatók. E kombinációk miatt a további alosztályozás vagy az importmechanizmus (A és B csoport) vagy a citotoxikus mechanizmus (nukleázok, pórusképző, M-típusú, L-típusú) alapján történhet.

TailocinokSzerkesztés

A legjobban tanulmányozottak a Pseudomonas aeruginosa tailocinjei. Ezek tovább oszthatók R-típusú és F-típusú piocinokra.

A piocinok azonosítására és a közeli rokon Pseudomonas baktériumok “sejtek közötti” versengésében való részvételük kimutatására néhány kutatást végeztek.

A kétféle tailocin szerkezetében különbözik; mindkettő egy hüvelyből és egy üreges csőből áll, amelyek egy hosszú, helikoidális hexamer szerkezetet alkotnak, amely egy alaplemezhez kapcsolódik. Több farokszál van, amelyek lehetővé teszik, hogy a vírusrészecske a célsejthez kötődjön. Az R-pyocinok azonban egy nagy, merev, összehúzódó farokszerű struktúrát alkotnak, míg az F-pyocinok egy kicsi, rugalmas, nem összehúzódó farokszerű struktúrát.

A tailocinokat a baktérium genomjában található profág szekvenciák kódolják, és a termelés akkor történik, amikor a rokon baktériumot a kompetitív baktérium környezetében kiszúrják. A részecskék a sejtek közepén szintetizálódnak, és érés után a tubulin szerkezeten keresztül a sejtpólus felé vándorolnak. A tailocinok ezután a sejtlízissel együtt kilökődnek a közegbe. A sejt nagyon magas turgornyomásának köszönhetően akár több tíz mikrométerre is ki tudnak vetülni. A felszabaduló tailocinok ezután felismerik a rokon baktériumokat és kötődnek hozzájuk, hogy elpusztítsák őket.

Gram-pozitív baktériumokbólSzerkesztés

A Gram-pozitív baktériumokból származó bakteriocinokat jellemzően I. osztályba, IIa/b/c osztályba és III. osztályba sorolják.

I. osztályú bakteriocinekSzerkesztés

Az I. osztályú bakteriocinek kis peptid inhibitorok, ide tartozik a nizin és más lantibiotikumok.

II. osztályú bakteriocinekSzerkesztés

A II. osztályú bakteriocinek kis (<10 kDa) hőstabil fehérjék. Ez az osztály öt alosztályra oszlik. A IIa osztályú bakteriocinek (pediocinszerű bakteriocinek) a legnagyobb alcsoportot alkotják, és egy N-terminális konszenzus szekvenciát -Tyr-Gly-Asn-Gly-Val-Xaa-Cys tartalmaznak ezen a csoporton keresztül. A C-terminális felelős a fajspecifikus aktivitásért, amely a célsejtfal permeabilizálásával sejtszivárgást okoz.

A IIa osztályú bakteriocinok erős Listeria-ellenes aktivitásuknak és széles hatásspektrumuknak köszönhetően nagy potenciállal rendelkeznek az élelmiszer tartósításban, valamint az orvosi alkalmazásokban való felhasználásra. A IIa osztályú bakteriocinok egyik példája a pediocin PA-1. A IIb osztályú bakteriocinek (kétpeptid-bakteriocinek) aktivitásához két különböző peptidre van szükség. Ilyen például a laktokokcin G, amely az egyértékű nátrium- és káliumkationok számára permeabilizálja a sejtmembránokat, de a kétértékű kationok számára nem. Szinte valamennyi ilyen bakteriocin GxxxG motívummal rendelkezik. Ez a motívum transzmembránfehérjékben is megtalálható, ahol helix-hélix kölcsönhatásokban vesznek részt. Ennek megfelelően a bakteriocin GxxxG motívumok kölcsönhatásba léphetnek a baktériumsejtek membránjaiban lévő motívumokkal, elpusztítva a sejteket. A IIc osztály olyan ciklikus peptideket foglal magában, amelyekben az N-terminális és C-terminális régiók kovalensen kapcsolódnak. Az enterocin AS-48 ennek a csoportnak a prototípusa. A IId osztályba tartoznak az egypeptidű bakteriocinek, amelyek nincsenek poszttranszlációsan módosítva, és nem mutatják a pediocin-szerű jegyeket. E csoport legjobb példája a rendkívül stabil A53-as aureocin. Ez a bakteriocin stabil erősen savas körülmények között, magas hőmérsékleten, és nem befolyásolják a proteázok.

A legújabban javasolt alosztály a IIe osztály, amely azokat a bakteriocineket foglalja magába, amelyek három vagy négy nem pediocinszerű peptidből állnak. A legjobb példa erre az aureocin A70, egy négy peptidből álló bakteriocin, amely rendkívül aktív a Listeria monocytogenes ellen, és potenciális biotechnológiai alkalmazásokkal rendelkezik.

III. osztályú bakteriocinokSzerkesztés

A III. osztályú bakteriocinok nagy, hőálló (>10 kDa) fehérje bakteriocinok. Ez az osztály két alosztályra oszlik: IIIa alosztály (bakterioliszinek) és IIIb alosztály. A IIIa alosztályba tartoznak azok a peptidek, amelyek a sejtfal lebontásával elpusztítják a baktériumsejteket, így sejtlízist okoznak. A legjobban tanulmányozott bakteriolízin a lizosztafin, egy 27 kDa peptid, amely számos Staphylococcus faj, elsősorban a S. aureus sejtfalát hidrolizálja. A IIIb alosztály ezzel szemben azokat a peptideket foglalja magában, amelyek nem okoznak sejtlízist, a célsejteket a plazmamembrán-potenciál megzavarásával ölik meg.

IV. osztályú bakteriocinekSzerkesztés

A IV. osztályú bakteriocinek a lipid- vagy szénhidrátrészeket tartalmazó komplex bakteriocinek. A kísérleti adatokkal való megerősítést a szublancin és a glikocin F (GccF) két független csoport általi jellemzésével állapították meg.

AdatbázisokSzerkesztés

A bakteriocinekről két adatbázis áll rendelkezésre: BAGEL és BACTIBASE.