ОБЩЕЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О МЕХАНИЗМАХ ГЕТЕРОЛОГИЧНОГО ПРОДУЦИРОВАНИЯ БАКТЕРИОЦИНОВ МОЛОЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ (ОБЗОР) Абдуллаева Н.Ф.

Бакинский государственный университет


Номер: 1-1
Год: 2016
Страницы: 29-32
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

бактериоцины, экспрессия генов, консерванты пищи, bacteriocins, gene ekspression, food preservatives

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

Развитие новых биотехнологических средств и современные успехи в генетике молочнокислых бактерий являются причиной возрастающего числа исследований, проводимых с гетерологичным продуцированием бактериоцинов. Этот раздел обозревает литературные источники, опубликованные по теме и, сравнивает различные экспериментальные стратегии, которые были использованы с этой целью до настоящего времени.

Текст научной статьи

Бактериоцины, продуцируемые молочнокислыми бактериями (МКБ) были объектами значительных исследований в течение последних двух десятилетий и представляют промышленный интерес благодаря их использованию в качестве природных консервантов пищи [4,239; 5,87]. Многие из них активны против патогенов, вызывающих порчу пищевых продуктов, таких как Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Bacillus cereus, Clostridium botulinum, Clostridium tyrobutyricum, Escherichia coli [8,15; 9,64; 10,257; 16,1199]. Развитие системы гетерологичной экспрессии таких антимикробных компонентов может предложить ряд преимуществ над нативными системами, такие как облегчение контроля экспрессии гена бактериоцина или достижение высоких уровней продуцирования. Более того, гетерологичное продуцирование бактериоцинов пищевыми МКБ создаёт благоприятное условие для преодоления некоторых ситуаций, которые могут влиять на эффективность бактериоцинов в пищевых системах [11,195; 17,533]. Построение мультибактериоциногенных штаммов или приобретение антимикробных свойств промышленными штаммами является целью будущего, которая может быть достигнута благодаря использованию систем гетерологичной генной экспрессии [13,487; 7,6812]. Термин «бактериоцин» обобщает большую группу отличающихся друг от друга и синтезируемых на рибосомах антимикробных белков или пептидов, некоторые из которых подвергаются посттрансляционным модификациям [12,448]. Бактериоцины продуцируются многочисленными грамположительными и грамотрицательными бактериями. Несмотря на это в последние годы они привлекают особое внимание, благодаря потенциальному применению в пищевой промышленности в качестве природных консервантов. Эта тенденция отражает увеличивающуюся осведомлённость потребителей о риске заражения не только пищевыми патогенами, но и синтетически полученными консервантами, используемых для контроля пищевых продуктов [12,452]. Применение МКБ и их метаболитов с целью предохранения пищи от порчи, как правило, принималось потребителями как нечто «естественное» и «поддерживающее здоровье» [1,2489; 18,616]. Большинство бактериоцинов представляют собой катионные, термостабильные, низкомолекулярные (<6 кДа), амфифильные, нарушающие проницаемость клеточной мембраны пептиды, которые могут быть разделены на два основных класса [14,579]. Бактериоцины I класса (лантибиотики) содержат необычные аминокислоты, такие как лантионин и α-метиллантионин, как результат значительной посттрансляционной модификации. Бактериоцины II класса (<10 кДа), не подвергаются посттрансляционным изменениям, за исключением отщепления лидерного или сигнального пептида, и в некоторых случаях образования дисульфидных мостиков [2,501; 15,103]. Бактериоцины III класса включают крупные (>30 кДа), термолабильные антимикробные протеины, продуцируемые МКБ [12,445-446]. В пределах любого класса бактериоцинов может наблюдаться гомология аминокислотной последовательности не только в зрелом пептиде, но также и N-концевой лидерной области и ассоциированных белках, вовлечённых в секрецию и процессинг бактериоцинов. Такая гомология может иметь практическое значение для гетерологичного продуцирования бактериоцинов МКБ [2,502; 11,194-196]. Система гетерологичной экспрессии обычно применяется с целью: 1.Содействовать функциональному видоизменению рекомбинантных белков и пептидов; 2.Облегчить контроль рекомбинантной генной экспрессии на уровне транскрипции и трансляции; 3.Достичь более высоких уровней продуцирования, чем в природных источниках [3,3407]. Эффективность бактериоцинов молочнокислых бактерий или, самих штаммов, обладающих антимикробной активностью в пищевых продуктах, может ограничиваться рядом факторов. Такими факторами являются узкий спектр активности, спонтанное понижение бактериоциногенности, недостаточная адаптация штамма-продуцента к внешнему окружению, вредные сенсориальные эффекты, обусловленные ростом естественного хозяина в пищевых продуктах и появление устойчивых к бактериоцину бактерий [7,6810-6812]. Однако, гетерологичное продуцирование бактериоцинов в альтернативных условиях, может дать возможность, посредством которой удаётся избежать неблагоприятных ситуаций. Наконец, гетерологичное продуцирование бактериоцинов может быть использовано с целью построения мульти бактериоциногенных штаммов или для того, чтобы придать антимикробные свойства штаммам, представляющих в технологическом плане интерес. Модель эффективно экспрессирующей системы, созданная для получения рекомбинантных белков или пептидов, зависит от множества факторов. Такими факторами являются: клеточный рост, уровень экспрессии, локализация рекомбинантного продукта, посттрансляционная модификация и т.д. [3, 3413; 7,6806]. Поскольку экспрессирующая система включает в себя клетки хозяина и генетические элементы (сигналы транскрипции и трансляции, регуляторные факторы, гены и плазмиды), подбор каждого компонента может быть решающим для удачной экспрессии интересующего гена. Благодаря генетическим характеристикам, долгое время E.coli рассматривалась как основной прокариотический хозяин для клонирования и экспрессии гетерологичных генов. В работах с E.coli достигнуты наибольшие успехи, поскольку она является центральным объектом исследований благодаря своей генетической изменчивости [2,500-502]. E.coli используется как более подходящий хозяин для клонирования различных генов, вовлечённых в биосинтез многих бактериоцинов. Однако не перспективно во всех случаях использовать единственный организм, и не каждый ген E.coli может эффективно экспрессироваться [8,13; 17,515]. Это можно объяснить рядом факторов, включая главные различия в применении кодонов (приблизительно 50% содержания G/C сравнивали с более низким содержанием-35%, обнаруженном в кодирующих областях микроорганизмов), потенциальную токсичность рекомбинантного белка, структурные особенности последовательности рекомбинантного гена, стабильность и эффективность трансляции мРНК. Так, организация клеточной мембраны грамотрицательных микроорганизмов отличается от таковой грамположительных. Поэтому в случае с E.coli может быть недостаток механизмов секреции, необходимых для эффективного высвобождения рекомбинантных белков в культуральную среду. Более того, такие гетерологичные пептиды могут расщепляться под воздействием клеточных протеаз [15,104]. Необходимо отметить, что E.coli не имеет статуса GRAS и является потенциальным патогеном пищевых продуктов. Следовательно, с целью получения рекомбинантных белков в промышленных пищевых продуктах необходимо использование альтернативного хозяина. Установлено, что некоторые виды молочнокислых бактерий, такие как Lactococcus lactis, изменчивы и благодаря повышению стабильности генов и контроля их экспрессии возрастает их потенциальная ценность [15,88]. Продолжение базового исследования генной экспрессии в этих организмах, будет способствовать увеличению их пригодности в качестве альтернативных хозяев для гетерологичной генной экспрессии [3,3410; 7,6811]. Гетерологичные системы, разработанные до сих пор для продуцирования бактериоцинов МКБ, также могут иметь некоторые препятствия. Например, часто наблюдались низкие уровни продуцирования, кроме того, некоторые системы неприменимы для определенных видов или штаммов. Поэтому, необходимы исследовательские попытки, направленные на разработку оптимальных систем для специфических условий или применений. Таким образом, развитие новых биотехнологических средств и современные успехи в области генетики молочнокислых бактерий являются причиной возрастающего числа исследований, проводимых с целью гетерологичного продуцирования бактериоцинов. Продолжение развития новых и усовершенствованных биотехнологических методов и более детальное изучение генетики молочнокислых бактерий, поддерживает возрастающее количество исследований по гетерологичному продуцированию бактериоцинов МКБ. Поиск природных консервантов, отвечающих требованиям потребителей и производителей, является одним из актуальных вопросов нашей республики. Исследования бактериоцинов, проводимые в Азербайджане, крайне немногочисленны и отстают от требований сегодняшнего дня, касающихся повышения качества и сохранности пищевых продуктов. Поэтому вопросы поиска и изучения свойств новых штаммов-продуцентов бактериоцинов молочнокислых бактерий, перспективных для создания медицинских препаратов и использования в пищевой промышленности, а также подбор питательных сред и оптимальных условий их культивирования для синтеза бактериоцинов всё ещё остаются актуальными и требуют своего решения.

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.