Bakteriocyny – substancje toksyczne o charakterze białkowym wytwarzane przez liczne bakterie Gram- oraz Gram+, zdolne do zahamowania wzrostu organizmów pokrewnych, lub nawet do ich zabicia, są one kodowane przez plazmidy bakteriocynogenne oraz DNA chromosomalneBłaszczyk U., 2008, Bakteriocyny – właściwości i zastosowanie, Laboratorium przemysłowe, 10/2008, 28-32.. Bakteriocyny syntetyzowane są w rybosomachGwiazdowska D., Trojanowska K., 2005, Bakteriocyny – właściwości i aktywność przeciwdrobnoustrojowa, Biotechnologia, 1 (68), 114-130..

Bakteriocyny izolowane z: E. coli – kolicyny Pseudomonas aeruginosa – piocyny Bacillus megaterium – megacyny Serratia sp. – marcescyny Proteus – proteocyny, proticyny bakterii fermentacji mlekowej – laktocyny Lactococcus lactis subsp. lactis – nizyna Lactobacillus brevis – laktobrewina Lactobacillus plantarum – laktolina Lactobacillus bulgaricus – bulgarikan Lactobacillus acidofilus – acidofilina

Plazmidy kodujące różne rodzaje kolicyny oznacza się symbolem Col, np. ColE1, ColV.

Od antybiotyków różni je bardziej „swoiste” działanie. Zwykle hamują one wzrost niewielkiej liczby gatunków, podczas gdy antybiotyki niszczą wiele grup bakterii.

Historia Bakteriocyny zostały odkryte w 1925 r. przez belgijskiego mikrobiologa Andre Gratia i nazwane principle V – czynnik wirulencjiWłodarczyk M., 2002, Różnorodność cech fenotypowych bakterii kodowanych przez plazmidy, Kosmos, Problemy nauk biologicznych, Tom 51, Nr 3 (256), 241-254.. Lwoff wprowadził dwa pojęcia: bakteriocynogenotypia – zdolność do wytwarzania bakteriocyn bakteriocynotypia – sprawdzanie wrażliwości nieznanych szczepów na zestaw wzorcowy bakteriocyn

Bakteriocyny były dzielone na grupy: nieupostaciowane – białka nie osadzające się podczas zwykłego wirowania upostaciowane – zdolne do sedymentacji

Klasyfikacja bakteriocyn Bakteriocyny bakterii Gram + Klasa I Lantybiotyki (lanthionine containing antibiotics) – termostabilne, policykliczne peptydy o masie cząsteczkowej mniej niż 5 kDa, zawierają w swej budowie nietypowe aminokwasy: lantionina, 3-metylolantionina, dehydroalanina, kwas dehydrobutylowy Lantybiotyki typu A – wydłużone, elastyczne cząsteczki, których działanie opiera się na tworzeniu porów w błonie cytoplazmatycznej wrażliwych komórek bakteryjnych. Lantybiotyki typu B – sztywne, globularne cząsteczki o zróżnicowanym mechanizmie aktywności. Najlepiej poznaną jest nizyna (Lactococcus lactis), która działa bakteriobójczo na Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, zapobiega rozwojowi przetrwalników, hamuje rozwój komórek wegetatywnych Bacillus, Clostridium.

Klasa II Bakteriocyny nielantybiotykowe – termostabilne białka o masie poniżej 10 kDa, podzielone na 4 podklasy. II A – Bakteriocyny pediocynopodobne – posiadają silną aktywność wobec Listeria ssp II B – Bakteriocyny dwupeptydowe – aby osiągnęły aktywność bakteriobójczą wymagane jest jednoczesne działanie obu peptydów. II C – Bakteriocyny sec-zależne – wydzielane są przy pomocy białek sec. II D – Bakteriocyny odbiegające budową, mechanizmem działania i sekrecji od poprzednich

Klasa III Bakteriocyny wysokocząsteczkowe – produkowane głównie przez Lactobacillus i Enterococcus, są inaktywowane termicznie.

Klasa IV Kompleksy białkowo – lipidowe i białkowo – węglowodanowe – do uzyskania pełnej aktywności wymagają obecności części lipidowej lub węglowodanowej w cząsteczce.

Bakteriocyny bakterii Gram – Kolicyny Najlepiej poznanymi bakteriocynami są te wytwarzane przez E. coli – kolicyny. Kolicyna wiąże się swoiście z receptorem umieszczonym w błonie zewnętrznej bakterii, a następnie jest wprowadzana poprzez błonę zewnętrzną i wewnętrzną do cytoplazmy – w transporcie do komórki biorą udział dwie grupy białek – Ton System oraz Tol SystemRóżalski A., 1998, Ćwiczenia z mikrobiologii ogólnej, Skrypt dla studentów biologii, Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego, 202-204.. niektóre kolicyny tworzą w błonie cytoplazmatycznej wrażliwej komórki kanały, które powodują obniżenie potencjału elektrochemicznego, np. poprzez tworzenie kanałów półprzepuszczalnych dla jonów potasu (kolicyna A) Inne kolicyny mają działanie hydrolityczne wobec DNA, podobne do działania endonukleaz. Pewna grupa kolicyn hamuje syntezę kwasu rybonukleinowego RNA Kolicyna M – blokuje syntezę peptydoglikanu i LPS Najlepiej poznanym plazmidem E. coli kodującym kolicynę jest Col E1, który został w pełni zsekwencjonowany. Kaseta kolicynowa obejmuje geny: cea – koduje kolicynę imm – determinuje białko nadające swoistość antygenową kil (H) – koduje białko lityczne uwalniające kolicynę z komórki Cechą charakterystyczną jest to, że wytwarzanie kolicyny jest zabójcze dla producenta, uwolnienie produktu genu cea przy współudziale produktu genu kil powoduje lizę komórki. Cały system jest jednak w stanie nieaktywnym poprzez działanie białka LexA. Poza tym, komórki aktualnie nie produkujące kolicyny są chronione przez produkt genu imm.

Mikrocyny Syntetyzowane przez Enterobacteriaceae, niskocząsteczkowe peptydy, synteza nie jest śmiertelna dla producenta. Podzielone na 2 podklasy: peptydy o masie mniejszej niż 5 kDa – modyfikowane potranslacyjnie, atakują struktury wewnątrzkomórkowe peptydy o masie cząsteczkowej od 7 – 10 kDa – nie modyfikowane potranslacyjnie, działają poprzez uszkodzenie błony komórkowej

Właściwości Bakteriocyny wytwarzane są przez bakterie w sposób ciągły, w niewielkich ilościach. Wzmożenie ich syntezy można osiągnąć poprzez działanie promieni UV oraz mitomycyną C. Bakteriocyny są bardzo silne biologicznie – przyjmuje się, że jedna cząsteczka zabija jedną wrażliwą komórkę bakteryjną. Działanie bakteriocyn warunkuje obecność w ścianie komórkowej szczepów wrażliwych odpowiednich receptorów, które zdolne są do ich wiązania, niektóre bakteriocyny muszą przeniknąć przez błonę zewnętrzną bakterii Gram -, aby związać się z ich błoną komórkową.

Mechanizm działania niektórych bakteriocyn Bakteriocyna Szczep produkujący Działanie Diplokokcyna Lactococcus lactis subsp cremoris 346 zahamowanie syntezy DNA, RNA, ograniczenie syntezy białek laktostrepcyna 5 Lactococcus lactis subsp. lactis wypływ jonów, zakłócenie transportu urydyny, zahamowanie syntezy DNA, RNA i białek nizyna Szczepy Lactococcus lactis subsp. lactis zaburzenie potencjału membranowego, wypływ aminokwasów, kationów pediocyna AcH Pediococcus acidilactici H zahamowanie syntezy ATP, osłabienie systemów transportu laktocyna 27 Lactobacillus helvelicus 481 wypływ jonów potasowych, napływ jonów sodowych leukonocyna S Leuconostoc mesenteroides OX obniżenie siły protonomotorycznej bawarycyna MN Lactobacillus bavaricus MN zakłócenie potencjału membranowego, wypływ karboksyfluoresceiny mezenterycyna Y105 Leuconostoc mesenteroides zakłócenie potencjału membranowego, wyciek aminokwasów plantarycyna EF Lactobacillus plantarum zakłócenie potencjału membranowego, zakłócenie gradientu pH, wyciek kationów laktokokcyna G Lactococcus lactis LMG2081 zakłócenie potencjału membranowego, zahamowanie syntezy ATP plantarycyna JK Lactobacillus plantarum zakłócenie potencjału membranowego, zakłócenie gradientu pH, wyciek anionów

Zastosowanie Ze względu na swoje właściwości antybakteryjne bakteriocyny mogą być wykorzystywane jako naturalne konserwanty żywności – na chwilę obecną jedyną bakteriocyną stosowaną w technologii żywności, już od 30 lat jest nizyna. Substancja ta uzyskała status GRAS – generally recognized as safe i jest stosowana w około 50 krajach jako naturalny konserwant – oznaczona jest jako E 234. Wykorzystywana jest przy produkcji serów dojrzewających, niektórych deserów, bitej śmietany, serka mascarpone.

Przypisy

Bibliografia

Jawetz E., Melnick J. L., Adelberg E. A., 1991, Przegląd mikrobiologii lekarskiej, Warszawa, PZWL, 340 Różalski A., 1998, Ćwiczenia z mikrobiologii ogólnej, Skrypt dla studentów biologii, Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego, 202-204 Schlegel H. G., 1996, Mikrobiologia ogólna, Warszawa, Wydawnictwo Naukowe PWN, 584

Kategoria:Bakteriologia Kategoria:Toksyny bakteryjne