Bacteriocina - Bacteriocin

Família semelhante à lactococcina
Identificadores
Símbolo	Lactococcina
Pfam	PF04369
Clã Pfam	CL0400
InterPro	IPR007464
TCDB	1.C.22
Superfamília OPM	141
Proteína OPM	6gnz
Estruturas de proteínas disponíveis: Pfam   estruturas / ECOD   PDB RCSB PDB ; PDBe ; PDBj PDBsum resumo da estrutura

Bacteriocina (Lactococcin_972)
Identificadores
Símbolo	Lactococcin_972
Pfam	PF09683
InterPro	IPR006540
TCDB	1.C.37
Superfamília OPM	457
Proteína OPM	2lgn
Estruturas de proteínas disponíveis: Pfam   estruturas / ECOD   PDB RCSB PDB ; PDBe ; PDBj PDBsum resumo da estrutura

Bacteriocinas são toxinas proteicas ou peptídicas produzidas por bactérias para inibir o crescimento de cepas bacterianas semelhantes ou intimamente relacionadas. Eles são semelhantes aos fatores de morte de levedura e paramécio e são estrutural, funcional e ecologicamente diversos. Aplicações de bacteriocinas estão sendo testadas para avaliar sua aplicação como antibióticos de espectro estreito.

As bacteriocinas foram descobertas pela primeira vez por André Gratia em 1925. Ele esteve envolvido no processo de busca de formas de matar bactérias, que também resultou no desenvolvimento de antibióticos e na descoberta de bacteriófagos , tudo dentro de alguns anos. Ele chamou sua primeira descoberta de colicina porque matou E. coli .

Classificação

As bacteriocinas são categorizadas de várias maneiras, incluindo a produção de cepas, mecanismos comuns de resistência e mecanismo de morte. Existem várias grandes categorias de bacteriocinas que são apenas fenomenologicamente relacionadas. Isso inclui as bacteriocinas de bactérias gram-positivas, as colicinas , as microcinas e as bacteriocinas de Archaea . As bacteriocinas de E. coli são chamadas de colicinas (anteriormente chamadas de 'colicinas', que significa 'matadoras de coli'). São as bacteriocinas mais longamente estudadas. Eles são um grupo diversificado de bacteriocinas e não incluem todas as bacteriocinas produzidas por E. coli. De facto, um dos mais antigos conhecidos os chamados colicinas foi chamado colicina V e é agora conhecido como microcin V . É muito menor, produzido e segregado de maneira diferente das colicinas clássicas.

Esse sistema de nomenclatura é problemático por vários motivos. Primeiro, nomear as bacteriocinas pelo que elas supostamente matam seria mais preciso se seu espectro de morte fosse contíguo às designações de gênero ou espécie. As bacteriocinas freqüentemente possuem espectros que excedem os limites de seus táxons nomeados e quase nunca matam a maioria dos táxons pelos quais são nomeados. Além disso, a nomenclatura original geralmente é derivada não da cepa sensível que a bacteriocina mata, mas do organismo que a produz. Isso torna o uso desse sistema de nomenclatura uma base problemática para a teoria; daí os sistemas alternativos de classificação.

As bacteriocinas que contêm o aminoácido modificado lantionina como parte de sua estrutura são chamadas de lantibióticos . No entanto, os esforços para reorganizar a nomenclatura da família de produtos naturais de peptídeos sintetizados ribossomicamente e modificados pós-tradução (RiPP) levaram à diferenciação de lantipeptídeos de bacteriocinas com base em genes biossintéticos.

Métodos de classificação

Métodos alternativos de classificação incluem: método de matar ( formação de poros , atividade de nuclease , inibição da produção de peptidoglicano , etc.), genética ( plasmídeos grandes , plasmídeos pequenos, cromossômicos ), peso molecular e química (proteína grande, peptídeo , com / sem açúcar porção, contendo aminoácidos atípicos, como lantionina), e método de produção ( ribossomal , modificações pós-ribossomais, não ribossomal).

De bactérias Gram negativas

As bacteriocinas gram negativas são normalmente classificadas por tamanho. As microcinas têm menos de 20 kDa, as bacteriocinas semelhantes à colicina têm 20 a 90 kDa e as tailocinas, ou as chamadas bacteriocinas de alto peso molecular, são bacteriocinas com várias subunidades que se assemelham às caudas dos bacteriófagos. Esta classificação de tamanho também coincide com semelhanças genéticas, estruturais e funcionais.

Microcins

Veja o artigo principal sobre microcins .

Bacteriocinas semelhantes à colicina

As colicinas são bacteriocinas (CLBs) encontradas na E. coli Gram-negativa . Bacteriocinas semelhantes ocorrem em outras bactérias Gram-negativas. Esses CLBs são distintos das bacteriocinas Gram-positivas. São proteínas modulares entre 20 e 90 kDa de tamanho. Freqüentemente, consistem em um domínio de ligação ao receptor, um domínio de translocação e um domínio citotóxico. As combinações desses domínios entre diferentes CLBs ocorrem com frequência na natureza e podem ser criadas no laboratório. Devido a essas combinações, a subclassificação adicional pode ser baseada no mecanismo de importação (grupo A e B) ou no mecanismo citotóxico (nucleases, formação de poros, tipo M, tipo L).

Tailocins

Mais bem estudados são os tailocins de Pseudomonas aeruginosa . Eles podem ser subdivididos em piocinas de tipo R e tipo F. Algumas pesquisas foram feitas para identificar as piocinas e mostrar como elas estão envolvidas na competição “célula a célula” da bactéria Pseudomonas intimamente relacionada.

Os dois tipos de tailocins diferem por sua estrutura; ambos são compostos por uma bainha e um tubo oco formando uma longa estrutura hexamérica helicoidal fixada a uma placa de base. Existem várias fibras da cauda que permitem que a partícula viral se ligue à célula-alvo. No entanto, as piocinas R são uma estrutura grande e rígida semelhante a uma cauda, ​​ao passo que as piocinas F são uma pequena estrutura semelhante a uma cauda flexível e não contrátil.

Os tailocins são codificados por sequências de profagos no genoma da bactéria, e a produção acontecerá quando uma bactéria parente for localizada no ambiente da bactéria competitiva. As partículas são sintetizadas no centro das células e após a maturação irão migrar para o pólo celular via estrutura tubulina. As tailocinas serão então ejetadas no meio com a lise celular. Eles podem ser projetados em até várias dezenas de micrômetros, graças a uma pressão de turgescência muito alta da célula. As tailocinas liberadas irão então reconhecer e se ligar às bactérias parentes para matá-las.

De bactérias Gram positivas

Bacteriocinas de bactérias Gram positivas são normalmente classificadas em Classe I, Classe IIa / b / c e Classe III.

Bacteriocinas classe I

As bacteriocinas de classe I são pequenos inibidores de peptídeos e incluem a nisina e outros lantibióticos .

Bacteriocinas classe II

As bacteriocinas de classe II são proteínas pequenas (<10 kDa) estáveis ​​ao calor. Esta classe é subdividida em cinco subclasses. As bacteriocinas da classe IIa (bacteriocinas semelhantes à pediocina) são o maior subgrupo e contêm uma sequência de consenso N-terminal -Tyr-Gly-Asn-Gly-Val-Xaa-Cys neste grupo. O C-terminal é responsável pela atividade específica da espécie, causando vazamento celular ao permeabilizar a parede celular alvo.

As bacteriocinas da classe IIa têm um grande potencial para uso na preservação de alimentos , bem como em aplicações médicas, devido à sua forte atividade anti- Listeria e ampla gama de atividades. Um exemplo de bacteriocina Classe IIa é a pediocina PA-1 .

As bacteriocinas da classe IIb (bacteriocinas de dois peptídeos) requerem dois peptídeos diferentes para sua atividade. Um exemplo é a lactococcina G , que permeabiliza as membranas celulares para cátions monovalentes de sódio e potássio , mas não para cátions divalentes. Quase todas essas bacteriocinas têm motivos GxxxG. Este motivo também é encontrado em proteínas transmembrana , onde estão envolvidas em interações hélice-hélice. Assim, os motivos da bacteriocina GxxxG podem interagir com os motivos nas membranas das células bacterianas, matando as células.

A classe IIc abrange peptídeos cíclicos , nos quais as regiões N-terminal e C-terminal estão ligadas covalentemente. Enterocin AS-48 é o protótipo desse grupo.

Classe IId abrange bacteriocinas de peptídeo único, que não são modificadas pós-tradução e não mostram a assinatura semelhante à pediocina. O melhor exemplo desse grupo é a aureocina A53, altamente estável . Esta bacteriocina é estável sob condições altamente ácidas, altas temperaturas e não é afetada por proteases .

A subclasse proposta mais recentemente é a Classe IIe, que engloba aquelas bacteriocinas compostas por três ou quatro peptídeos não semelhantes à pediocina. O melhor exemplo é a aureocina A70 , uma bacteriocina de quatro peptídeos, altamente ativa contra Listeria monocytogenes , com potenciais aplicações biotecnológicas.

Bacteriocinas classe III

As bacteriocinas de classe III são bacteriocinas de proteínas grandes e termolábeis (> 10 kDa). Esta classe é subdividida em duas subclasses: subclasse IIIa ( bacteriolisinas ) e subclasse IIIb. A subclasse IIIa compreende os peptídeos que matam as células bacterianas por degradação da parede celular , causando assim a lise celular. A bacteriolisina mais bem estudada é a lisostafina , um peptídeo de 27 kDa que hidrolisa as paredes celulares de várias espécies de Staphylococcus , principalmente S. aureus . A subclasse IIIb, em contraste, compreende aqueles peptídeos que não causam lise celular, matando as células-alvo por meio da ruptura do potencial da membrana plasmática.

Bacteriocinas classe IV

Bacteriocinas de classe IV são definidas como bacteriocinas complexas contendo porções de lipídios ou carboidratos . A confirmação por dados experimentais foi estabelecida com a caracterização da sublancina e da glicocina F (GccF) por dois grupos independentes.

Bancos de dados

Duas bases de dados de bacteriocinas estão disponíveis: BAGEL e BACTIBASE.

Usos

Em 2016, a nisina era a única bacteriocina geralmente reconhecida como segura pelo FDA e era usada como conservante de alimentos em vários países. Geralmente, as bacteriocinas não são úteis como conservantes de alimentos porque são caras de fazer, são decompostas em produtos alimentícios, prejudicam algumas proteínas dos alimentos e têm como alvo uma gama muito restrita de micróbios.

Além disso, bacteriocinas ativas contra E. coli , Salmonella e Pseudomonas aeruginosa têm sido produzidas in planta com o objetivo de serem utilizadas como aditivos alimentares. O uso de bacteriocinas em alimentos tem sido geralmente considerado seguro pelo FDA .

Além disso, foi recentemente demonstrado que bacteriocinas ativas contra bactérias patogênicas de plantas podem ser expressas em plantas para fornecer resistência robusta contra doenças de plantas.

Relevância para a saúde humana

As bacteriocinas são produzidas por Lactobacilos não patogênicos na vagina e ajudam a manter a estabilidade do microbioma vaginal .

Pesquisar

As bacteriocinas foram propostas como substitutos dos antibióticos aos quais as bactérias patogênicas se tornaram resistentes . Potencialmente, as bacteriocinas poderiam ser produzidas por bactérias introduzidas intencionalmente no paciente para combater a infecção. Existem várias estratégias pelas quais novas bacteriocinas podem ser descobertas. No passado, as bacteriocinas tinham que ser identificadas por triagem intensiva baseada em cultura para atividade antimicrobiana contra alvos adequados e subsequentemente purificada usando métodos fastidiosos antes do teste. No entanto, desde o advento da era genômica, a disponibilidade das sequências do genoma bacteriano revolucionou a abordagem de identificação de bacteriocinas. Métodos recentemente desenvolvidos com base em sílica podem ser aplicados para rastrear rapidamente milhares de genomas bacterianos a fim de identificar novos peptídeos antimicrobianos.

A partir de 2014 alguns bacteriocinas tinham sido estudados em in vitro estudos para ver se eles podem parar vírus de se replicar, ou seja staphylococcin 188 contra o vírus da doença de Newcastle , vírus da gripe , e vírus do colifago HSA; cada um de enterocina AAR-71 classe IIa, enterocina AAR-74 classe IIa e erwiniocina NA4 contra o vírus colifago HSA; cada um de enterocina ST5Ha, enterocina NKR-5-3C e subtilosina contra HSV-1; cada um de enterocina ST4V e enterocina CRL35 classe IIa contra HSV-1 e HSV-2; labirintopeptina A1 contra HIV-1 e HSV-1; e bacteriocina de Lactobacillus delbrueckii contra o vírus influenza.

Em 2009, algumas bacteriocinas, citolisina, pyocyn S2, colicinas A e E1 e a microcina MccE492 foram testadas em linhas de células cancerosas e em um modelo de câncer de camundongo.

Por nome

Veja também

• Peptídeos antimicrobianos
• Proteínas de membrana periférica

Referências

links externos

• Banco de dados de bacteriocinas de bagel
• Banco de dados BACTIBASE
• Bacteriocinas nos títulos de assuntos médicos da Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA (MeSH)