СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МЕХАНИЗМЕ ДЕЙСТВИЯ БАКТЕРИОЦИНОВ МОЛОЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ (ОБЗОР) Абдуллаева Н.Ф.

Бакинский государственный университет


Номер: 10-
Год: 2014
Страницы: 23-27
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

лактобациллы, бактериоцины, пищевые консерванты, lactobacilli, bacteriocins, food preservatives

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

В представленном обзоре обобщены современные данные о механизмах действия бактериоцинов, продуцируемых молочнокислыми бактериями. Приведены данные последних лет, а также представлена их современная классификация.

Текст научной статьи

Бактериоцины - это синтезируемые на рибосомах биологически активные вещества белковой природы, обладающие антибактериальной и фунгицидной активностями [10,3579].В последние годы они находятся в центре внимания многих исследователей, вследствие использования их в качестве натурального пищевого консерванта, а также для приготовления новых антимикробных лекарственных препаратов [7,239]. На сегодняшний день наряду с поиском новых классов низкомолекулярных антибиотиков, значительное внимание исследователей привлекают бактериоцины - антибиотические вещества узкого спектра действия. Для бактериоцинов грамположительных бактерий характерен более широкий спектр действия [3,1375; 4,225; 26,152].Данные, полученные при их исследовании, имеют не только общебиологическое значение, позволяя глубже понять взаимоотношения отдельных штаммов внутри вида или популяции, но и представляют практический интерес. Бактериоцины применяются для типирования микроорганизмов, диагностики ряда инфекций, биологического контроля заболеваний сельскохозяйственных растений [2,2237; 14,69].Термин «бактериоцин» обобщает большую группу отличающихся друг от друга и синтезируемых на рибосомах антимикробных белков или пептидов, некоторые из которых подвергаются посттрансляционным модификациям [19,196; 11,6806]. Возможность исполь-зования этих антимикробных агентов в решении проблем, связанных с экологической безопасностью пищевых продуктов до сих пор сохраняет их в центре внимания ведущих лабораторий во всем мире [12,5218; 21,179]. Классификация бактериоцинов молочнокислых бактерий С целью классификации бактериоцинов грамположительных бактерий были использованы различные критерии [1,169; 28,188]. Жак в основу своей классификации брал присутствие дисульфидных и моносульфидных мостиков, а в качестве ориентира - спектр их активности [8,2289; 11,6810].Согласно данной классификации бактериоцины грамположительных бактерий подразделяются на 4 класса [27,339; 29,161]: 1. бактериоцины, состоящие из необычных,посттрансляционно - модифицированных аминокислот, таких как дегидроаланин, дегидробутирин, лантионин, a-метиллантионин (лантибиотики); 2. Бактериоцины имеющие, по крайней мере один дисульфидный мостик, необходимый для их активности (цистибиотики); 3. бактериоцины с единственным -SH остатком, который должен быть в редуцированной форме для активности бактериоцина(тиолбиотики); 4. бактериоцины без цистеиновых остатков. Бактериоцины классаI - лантибиотики (лантионин-содержащие антибиотики) являются маленькими (<5 kДa) пептидами, содержащими необычные аминокислоты: лантионин (Lan), α-метиллантионин (MeLan), дегидроаланин и дегидробутирин. Данный класс, согласно химической структуре и антимикробной активности, подразделяется на лантибиотики типа A и B [22,452; 30,4437]. Представители лантибиотиков типа А - маленькие катионные пептиды, проявляющие активность путём формирования пор в бактериальных мембранах [20,11; 18,3665; 9,87]. Представители типа B - являются маленькими, анионными или нейтральными пептидами глобулярной формы. Антимикробная активность их связана с ингибированием специфических ферментов [6,4931; 23,491; 17,218]. Бактериоцины класса II - термоустойчивые, лантионин-несодержащие пептиды с молекулярной массой менее чем 10 кДа. Представители этого класса относятся к самой большой группе в данной классификации, и подразделяются на 3 подгруппы [15,79; 24,103]. Класс IIa включает педиоцин-подобные пептиды, имеющие N-терминальную согласованную последовательность Tyr-Gly-Asn-Gly-Val-Xaa-Cys (TGAGV). Эта подгруппа представляет большой интерес в связи с их антилистерической активностью [16,257]. Бактериоцины данной группы разрушают целостность мембраны клеток мишени, что приводит к ионному дисбалансу и потере органического фосфата [25,2305]. ПедиоцинPA-1 - первый описанный бактериоцин данной группы [14,69]. Класс IIb состоит из формирующих пор комплексов, требующих для активности наличия двух пептидов [15,79; 27,341]. Эти два пептида могут быть активными каждый в отдельности, но проявляют синергизм при совместном функционировании (энтероцины L50A и L50B) [27,341; 24,103], или же присутствие обоих пептидов может быть необходимым для проявления активности (лактококцины Gα/Gβ [44], плантарициныEF и JK) [22,451]. Класс IIc, содержит остальные пептиды класса, включая sec-зависимые секреторные бактериоцины. Сюда относятся 2 типа бактериоцинов: бактериоцины с одним или двумя цистеиновыми остатками (тиолбиотики и цистибиотики, соответственно) и бактериоцины без цистеиновых остатков (лактококцинА и ацидоцин В)[17,215; 20,6]. Бактериоцины класса III на не достаточном уровне изучены и включает в себе группу термолабильных белков, с большой молекулярной массой (> 30 kДa), которые представляют меньший интерес для исследователей [21,169; 22,449]. Бактериоцины класса IV являются смешанными, которым для активности необходим углеводный или липидный компонент. Однако, представители данного класса, не охарактеризованы на биохимическом уровне должным образом и требуют дополнительного описания [5,3407]. Таким образом, несмотря на разнообразие попыток классифицировать бактериоцины на различные классы, прийти к конечному, общепринятому результату пока не удалось. Найдено достаточное количество бактериоцинов, но отнести их в тот или иной класс порою сопровождается трудностями. Механизм действия бактериоцинов Учитывая большое разнообразие химического строения бактериоцинов, можно предположить, что они воздействуют на жизненно важные функции чувствительных клеток (транскрипция, трансляция, биосинтез клеточной стенки), но большинство действуют, образуя в мембране поры или каналы, способствующие нарушению мембранного потенциала чувствительных клеток [2,2239; 16,262]. Анионные липиды цито-плазматической мембраны являются основными рецепторами бактериоцинов молочнокислых бактерий для стимуляции порообразования. Бактериоцины I класса, могут вызывать формирование пор по типу клиноподобной модели, в то время как бактериоцины II класса способны функционировать, создавая бочонкоподобные поры или механизм ковра, посредством которого пептиды располагаются параллельно мембранной поверхности и оказывают влияние на структуру мембран [18,3665]. Наиболее хорошо изучен механизм действия низина. Этот катионный лантибиотикэлектростатически взаимодействует (в основном при помощи катионной аминокислоты - лизина) с анионными фосфолипидами мембран, что ведёт к последующему взаимодействию гидрофобных участков молекулы бактериоцина с цитоплазматической мембраной. Эти взаимодействия ведут к изменению мембранного потенциала и pH градиента, образованию неспецифических ионныхканалов, пассивному оттоку ионов К+ и Мg2+, аминокислот, АТФ, и как следствие к гибели клетки [6,4933]. Механизм действия бактериоцинов класса IIa схож с механизмом действия низина. Бактериоцины этого класса обладают антилистерической активностью, что связано с наличием TGAGV последовательности в их N-терминальном участке. БактериоциныIIa класса индуцируют увеличение проницаемости мембран, образуя ион избирательные поры, что ведёт к потере протонов и внутриклеточного АТФ[30,4435]. Педиоцин-PA-1/AcH, один из первых изученных бактериоцинов класса IIa, индуцирует потерю K+, аминокислот и других, низкомолекулярных соединений в чувствительных клетках. Он также индуцирует потерю внутриклеточного запаса АТФ внутри клеток Pediococcuspentosaceus и Listeriamonocytogenes [18,3667]. Исследования педиоцина РА-1 и мезентерицина Y105 посредством триптофано-флюорисцентной спектроскопии показали, что они способны проникать в липосомы мембран при помощи С-терминального,триптофансодержащего участка, но степень проникновения зависит от заряда липосом и расположения остатка триптофана в пептиде [20,8]. БактериоциныIIa класса связываются с мембраной чувствительной клетки при помощи определенной рецепторной молекулы. Предполагается, что этот рецептор несёт ответственность за распознавание участка TGAGV [26,151]. Katla с сотрудниками исследовали устойчивость L.monocytogenes к бактериоцинам класса II и установили связь с определённым участком распознавания [30,4435]. Были выделены и изучены восемь мутантов L.monocytogenes устойчивых к бактериоцинам класса IIа (педиоцин PA-1 и леукоцин A). Мутация, найденная, во всех устойчивых мутантных штаммах связана, с субъединицей фермента в маннозоспецифической фосфоенолпируватзависимой фосфотрансферазной системе, регулируемой σ54 фактором транскрипции. Установлено, что устойчивость L.monocytogenes и других грамположительных бактерий к бактериоцинам, фундаментально связана с субъединицей, расположенной на мембране. Для всех бактериоцинов класса IIс наличие положительно заряженных аминокислот и триптофана в гидрофильном N-терминальном участке облегчает их неспецифическое взаимодействие с анионными фосфолипидами мембран чувствительных клеток [28,199]. Механизм действия бактериоцинов этих двух групп несколько отличается. Лактококцин А (бактериоцин, не содержащий цистеиновые остатки) представляет собой мембранно-активный протеин, механизм действия которого заключается в формировании пор в мембранах чувствительных клеток. Цереин 7/8 действует подобным образом. Для этих бактериоцинов не является необходимым условием наличие мембранного рецептора [4,232]. За последние годы изучен механизм действия большого количества бактериоцинов. Один из них Lacticin 3147 - лантибиотик, состоящий из двух пептидов lac 1 и lac 2; оба компонента необходимы для антибактериальной активности, которая является результатом образования ионспецифических пор в мембране клетки-мишени [28,200; 24,101]. Исследования показали, что вероятно lacticin 3147 требует отдельный модифицирующий фермент для каждого препептидаlac 1 и lac 2 [13,5; 27,342]. Механизм действия бактериоцинов класса IIс Таким образом, механизм летального действия бактериоцов универсален и обусловлен главным образом, образованием пор в мембране клетки и реже ингибированием синтеза клеточной стенки. Говорить о полных выясненных механизмах влияния бактериоцинов на клетки бактерий и микроскопических грибов, по всей видимости, ещё рано. Для этого предстоит много исследовать и выяснить обобщённые механизмы угнетения роста и развития бактерий антимикробными белками, хотя не исключено, что такие механизмы могут коренным образом отличаться друг от друга.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.