Bacteriocine
Bacteriocines worden op verschillende manieren gecategoriseerd, o.a. producerende stam, gangbare resistentiemechanismen, en dodingsmechanisme. Er zijn verschillende grote categorieën bacteriocinen die slechts in fenomenologisch opzicht verwant zijn. Hiertoe behoren de bacteriocines van Gram-positieve bacteriën, de colicines, de microcines, en de bacteriocines van Archaea. De bacteriocines van E. coli worden colicines genoemd (vroeger “colicines”, wat “coli-doders” betekent). Zij zijn de langst bestudeerde bacteriocinen. Zij vormen een diverse groep bacteriocinen en omvatten niet alle bacteriocinen die door E. coli worden geproduceerd. In feite werd een van de oudst bekende zogenaamde colicines colicine V genoemd en staat nu bekend als microcine V. Het is veel kleiner en wordt op een andere manier geproduceerd en uitgescheiden dan de klassieke colicines.
Dit naamgevingssysteem is om een aantal redenen problematisch. Ten eerste zou de naamgeving van bacteriocines naar wat zij verondersteld worden te doden nauwkeuriger zijn indien hun dodend spectrum zou samenvallen met genus- of soortaanduidingen. De bacteriocines bezitten dikwijls spectra die de grenzen van hun genoemde taxa overschrijden en doden bijna nooit de meerderheid van de taxa waarvoor zij zijn genoemd. Bovendien is de oorspronkelijke naamgeving over het algemeen niet afgeleid van de gevoelige stam die door het bacteriocine wordt gedood, maar van het organisme dat het bacteriocine produceert. Dit maakt het gebruik van dit naamgevingssysteem tot een problematische basis voor theorievorming; vandaar de alternatieve classificatiesystemen.
Bacteriocines die het gemodificeerde aminozuur lanthionine als onderdeel van hun structuur bevatten, worden lantibiotica genoemd. Pogingen om de nomenclatuur van de familie van ribosomaal gesynthetiseerde en post-translationeel gemodificeerde peptide (RiPP) natuurlijke producten te reorganiseren hebben echter geleid tot de differentiatie van lantipeptiden van bacteriocinen op basis van biosynthesegenen.
IndelingsmethodenEdit
Alternatieve indelingsmethoden omvatten: methode van doden (porievormend, nuclease-activiteit, remming van de peptidoglycaanproductie, enz.), genetica (grote plasmiden, kleine plasmiden, chromosomaal), molecuulgewicht en chemie (groot eiwit, peptide, met/zonder suikergedeelte, met atypische aminozuren zoals lanthionine), en wijze van productie (ribosomaal, post-ribosomale modificaties, niet-ribosomaal).
Van Gram-negatieve bacteriënEdit
Gram-negatieve bacteriocines worden gewoonlijk ingedeeld naar grootte. Microcins zijn minder dan 20 kDa groot, colicine-achtige bacteriocines zijn 20 tot 90 kDa groot en tailocins of zogenaamde bacteriocines met een hoog molecuulgewicht zijn bacteriocines met meerdere subeenheden die lijken op de staarten van bacteriofagen. Deze grootte-indeling valt ook samen met genetische, structurele en functionele overeenkomsten.
MicrocinsEdit
Zie hoofdartikel over microcins.
Colicine-achtige bacteriocinsEdit
Colicins zijn bacteriocins (CLB’s) die worden aangetroffen in de Gram-negatieve E. coli. Soortgelijke bacteriocinen komen ook voor in andere Gram-negatieve bacteriën. Deze CLB’s verschillen van Gram-positieve bacteriocines. Het zijn modulaire eiwitten tussen 20 en 90 kDa groot. Zij bestaan vaak uit een receptorbindend domein, een translocatiedomein en een cytotoxisch domein. Combinaties van deze domeinen tussen verschillende CLB’s komen veelvuldig voor in de natuur en kunnen ook in het laboratorium worden gemaakt. Door deze combinaties kan een verdere onderindeling worden gemaakt op basis van het importmechanisme (groep A en B) of op basis van het cytotoxische mechanisme (nucleasen, porievorming, M-type, L-type).
TailocinsEdit
Het best bestudeerd zijn de tailocins van Pseudomonas aeruginosa. Zij kunnen verder worden onderverdeeld in R-type en F-type pyocines.Er is enig onderzoek gedaan om de pyocines te identificeren en aan te tonen hoe zij betrokken zijn bij de “cel-tot-cel” concurrentie van de nauw verwante Pseudomonas bacteriën.
De twee typen tailocins verschillen door hun structuur; zij bestaan beide uit een schede en een holle buis die een lange helicoïdale hexamere structuur vormen, vastgehecht aan een baseplate. Er zijn meerdere staartvezels die het virale deeltje in staat stellen zich aan de doelcel te binden. De R-pyocines zijn echter een grote, starre, contractiele staart-achtige structuur, terwijl de F-pyocines een kleine, flexibele, niet-contractiele staart-achtige structuur zijn.
De tailocines worden gecodeerd door prophage-sequenties in het bacteriegenoom. De deeltjes worden gesynthetiseerd in het centrum van de cellen en na rijping zullen zij naar de celpool migreren via de tubulinestructuur. De tailocines zullen dan in het medium worden uitgestoten met de cellysis. Ze kunnen tot enkele tientallen micrometers worden uitgestoten dankzij een zeer hoge turgordruk van de cel. De vrijgekomen tailocines zullen dan de verwante bacteriën herkennen en binden om ze te doden.
Van Gram-positieve bacteriënEdit
Bacteriocines van Gram-positieve bacteriën worden gewoonlijk ingedeeld in klasse I, klasse IIa/b/c, en klasse III.
Bacteriocines van klasse IEdit
De bacteriocines van klasse I zijn kleine peptideremmers en omvatten nisine en andere lantibiotica.
Bacteriocines van klasse IIEdit
De bacteriocines van klasse II zijn kleine (<10 kDa) hittestabiele eiwitten. Deze klasse is onderverdeeld in vijf subklassen. De bacteriocines van klasse IIa (pediocine-achtige bacteriocines) vormen de grootste subgroep en bevatten over deze groep een N-terminale consensussequentie -Tyr-Gly-Asn-Gly-Val-Xaa-Cys. Het C-terminale gedeelte is verantwoordelijk voor de soortspecifieke activiteit en veroorzaakt cellekkage door de celwand van het doelwit te permeabiliseren.
Bacteriocines van klasse IIa bezitten een groot potentieel voor gebruik bij het conserveren van levensmiddelen alsook voor medische toepassingen wegens hun sterke anti-Listeria-activiteit en brede werkingssfeer. Een voorbeeld van een klasse IIa bacteriocine is pediocine PA-1. De bacteriocines van klasse IIb (bacteriocines met twee peptiden) vereisen twee verschillende peptiden voor hun activiteit. Een voorbeeld hiervan is lactococcine G, dat celmembranen permeabiliseert voor monovalente natrium- en kaliumkationen, maar niet voor tweewaardige kationen. Bijna al deze bacteriocines hebben een GxxxG motief. Dit motief wordt ook aangetroffen in transmembraaneiwitten, waar zij betrokken zijn bij helix-helix interacties. Bijgevolg kunnen de GxxxG-motieven van de bacteriocinen een wisselwerking aangaan met de motieven in de membranen van de bacteriële cellen, waardoor de cellen worden gedood. Klasse IIc omvat cyclische peptiden, waarbij de N-terminale en C-terminale gebieden covalent met elkaar verbonden zijn. Enterocine AS-48 is het prototype van deze groep. Klasse IId omvat enkelvoudige peptide bacteriocines, die niet post-translationeel gemodificeerd zijn en niet de pediocine-achtige signatuur vertonen. Het beste voorbeeld van deze groep is het zeer stabiele aureocine A53. Deze bacteriocine is stabiel onder zeer zure omstandigheden, hoge temperaturen, en wordt niet aangetast door proteasen.
De meest recent voorgestelde subklasse is de klasse IIe, die de bacteriocinen omvat die zijn samengesteld uit drie of vier niet-pediocine-achtige peptiden. Het beste voorbeeld is aureocine A70, een bacteriocine met vier peptiden, dat zeer actief is tegen Listeria monocytogenes, met potentiële biotechnologische toepassingen.
Bacteriocines van klasse IIIEdit
Bacteriocines van klasse III zijn grote, hitte-labiele (>10 kDa) eiwit-bacteriocines. Deze klasse is onderverdeeld in twee subklassen: subklasse IIIa (bacteriolysines) en subklasse IIIb. Subklasse IIIa omvat de peptiden die bacteriële cellen doden door de celwand af te breken en zo cellyse veroorzaken. Het best bestudeerde bacteriolysine is lysostafine, een peptide van 27 kDa dat de celwand van verscheidene Staphylococcus-soorten, voornamelijk S. aureus, hydrolyseert. Subklasse IIIb daarentegen omvat die peptiden die geen cellysis veroorzaken, maar de doelcellen doden door verstoring van het plasmamembraanpotentiaal.
Klasse IV bacteriocinenEdit
Klasse IV bacteriocinen worden gedefinieerd als complexe bacteriocinen die lipide- of koolhydraatmoleculen bevatten. Bevestiging door experimentele gegevens werd vastgesteld met de karakterisering van sublancine en glycocine F (GccF) door twee onafhankelijke groepen.
DatabankenEdit
Twee databanken van bacteriocinen zijn beschikbaar: BAGEL en BACTIBASE.