Kolicín je spoločný názov skupiny toxických exoproteínov produkovaných kolicinogénnymi kmeňmi čeľade Enterobacteriaceae v priebehu rastu bakteriálnej kultúry.[1] Prvý objavený kolicín, kolicín V (v súčasnosti klasifikovaný ako mikrocín V) bol identifikovaný belgickým vedcom André Gratiom v roku 1925; ten ho definoval ako termolabilný produkt prítomný v kultúre Escherichia coli V a toxický pre E. coli Ф.[2] Pomenoval ho „princíp V“ – podľa kmeňa E. coli V virulentného pre zvieratá, ktorý Gratia nazýval coli V. Tieto baktérie sa podľa neho javili „ako normálne“, boli ale zodpovedné za lýzu iných buniek, konkrétne buniek E. coli Ф.[3] Ďalej sa o tento fenomén skoro nikto nezaujímal, až do roku 1946, keď Fredericq začal študovať neobvyklý prípad vnútrodruhového antagonizmu u črevných baktérií.[4] V súčasnosti je identifikovaných viac než 34 typov kolicínov, z nich 24 je dobre preskúmaných.

alt text
Escherichia coli kultivovaná na Endovom médiu

Kolicíny tvoria samostatnú skupinu v rámci veľkej rodiny bakteriocínov. Bakteriocíny sú charakteristické úzkym spektrom pôsobnosti, sú toxické iba pre baktérie rovnakého druhu ako je producentský kmeň, alebo pre blízko príbuzné druhy. Základnými skupinami bakteriocínov sú

  • kolicíny – vysokomolekulové proteíny (25 – 80 kDa) [5] produkované zástupcami čeľade Enterobacteriace. Do tejto skupiny proteínov sa radia aj napr. pyocíny typu S druhu Pseudomonas pyogenes, kloacíny druhu Enterobacter cloacae, marcescíny druhu Serratia marcescens, pesticíny druhu Yersinia pestis.
  • mikrocíny – nízkomolekulové látky (do 10 kDa) peptidickej povahy produkované zástupcami čeľade Enterobacteriaceae proti fylogeneticky príbuzným kmeňom.
  • korpuskulárne bakteriocíny – vysokomolekulové častice podobné fágovému bičíku (phage tail-like bacteriocins). Delia sa do dvoch skupín – kontraktilné korpuskulárne bakteriocíny (R-typ) a nekontraktilné, ale flexibilné korpuskulárne bakteriocíny (F-typ). Výskyt korpuskulárnych bakteriocínov bol pozorovaný napr. u druhov Budvicia aquatica, Pseudomonas aeruginosa a Pragia fontium.[6]
  • lantibiotiká – peptidy obsahujúce nezvyčajné aminokyseliny lantionín a 3-metyllantionín;[7] produkované grampozitívnymi baktériami produkujúcimi laktát.

Klasifikácia a nomenklatúra kolicínovUpraviť

Klasifikácia a nomenklatúra kolicínov úzko súvisí s princípom interakcie kolicínu s citlivou bunkou. Interakcia prebieha v troch krokoch: najprv dochádza k väzbe kolicínu na špecifický receptor vonkajšej membrány hostiteľskej bunky, následne k translokácii cez bunkový obal (pomocou translokačného systému Tol alebo Ton) a k letálnej interakcii kolicínu so špecifickým intracelulárnym cieľom (vlastný cytotoxický efekt kolicínu).[8]

 
Rozdelenie kolicínov.

Kolicíny možno klasifikovať na základe kolicínom využívaného receptoru hostiteľskej bunky. Táto väzba kolícinu na daný receptor predstavuje interakciu dvoch proteínov nevyžadujúcu žiadnu energiu.[1] V prípade využívania jedného receptoru viacerými kolicínmi sa ďalej tieto kolicíny diferencujú na základe absencie skríženej imunity producentských kmeňov a označujú sa číslicami, napr. E1-E9, alebo písmenami Ia a Ib.[8]

Podľa využívaného translokačného systému klasifikujeme kolicíny do dvoch skupín:

  • Skupina A – kolicíny translokované Tol systémom. Tol systém obsahuje proteíny – TolA, TolQ, TolR, periplazmatický proteín TolB a proteín Pal (lipoproteín ukotvený vo vonkajšej membráne).
  • Skupina B – kolicíny translokované Ton sytémom. Ton systém je formovaný z troch proteínov vonkajšej membrány TonB, ExbB a ExbD.

Ďalej možno kolicíny klasifikovať na základe cytotoxického účinku:[2]

  • kolicíny s nukleázovou aktivitou,
  • kolicíny s účinkom na cytoplazmatickú membránu,
  • kolicíny blokujúce transláciu
  • kolicíny zabraňujúce syntéze mureínu degradáciou jeho prekurzorov.

Syntéza kolicínovUpraviť

V roku 1953 bolo zistené, že schopnosť produkovať kolicíny je viazaná na extrachromozomálne genetické elementy, pomenované ako kolicinogénne faktory. V roku 1965 De Witt a Helinski prezentovali prvý dôkaz lokalizácie genetických kolicinogénnych determinant na plazmidoch. Kolicinogénne plazmidy – Col plazmidy, sú plazmidy s veľkosťou od 6 – 94 kbp.[8]

 
Baktéria Escherichia coli produkujúca kolicín Ia a mikrocín V.

Sú známe dva základne typy Col plazmidov :

  • Typ 1 – zahŕňa malé plazmidy s veľkosťou 6 – 10 kbp (LMW – nízkomolekulové), vyskytujúce sa v bunke približne v 20 kópiách, schopné amplifikáce a prenosu v prítomnosti konjugatívneho plazmidu. Kódujú prevažne kolicíny skupiny A (ale aj kolicíny 5 a 10 patriace do skupiny B), sú využívané v genetickom inžinierstve a biotechnológiach.
  • Typ 2 – veľké plazmidy s veľkosťou ~40 kbp (HMW – vysokomolekulové), vyskytujúce sa v jednej, alebo málo kópiách, zvyčajne kódujú kolicíny skupiny B. Sú konjugatívne a napomáhajú horizontálnemu prenosu genetického materiálu medzi donorovou a recipientnou bunkou. Môžu obsahovať 1 – 2 kolicínových operónov, lokalizovaných vedľa seba. Baktérie, ktoré nesú veľké plazmidy s dvoma operónmi potom produkujú 2 rozličné kolicíny, napr. B a D, B a M, alebo kolicín Ia a mikrocín V.[2]

Napriek odlišnému cytotoxickému účinku kolicínov na bunku, majú kolicíny podobnú genetickú štruktúru. Vo všetkých kolicínových genetických elementoch (kolicínových operónoch) je prvým génom gén kódujúci kolicín, ďalej gén imm kódujúci imunitný proteín, ktorý je súčasťou všetkých Col plazmidov a gén kil kódujúci lytický proteín (prítomný len v malých Col plazmidoch). Imunitný proteín zabezpečuje ochranu kolicinogénnej bunky pred účinkom vlastného kolícinu a pred účinkom kolicínu rovnakého typu z okolitého prostredia. Lytický proteín je malý lipoproteín uľahčujúci uvoľnenie nasyntetizovaného kolicínu z produkčnej bunky.[8]

 
Kmene E. coli produkujúce bakteriocíny.

Organizácia génov na Col plazmidoch závisí na cytotoxickom účinku kolicínu i na interakcii kolicínu s imunitným proteínom. U kolicínov depolarizujúcich cytoplazmatickú membránu hostiteľskej bunky je gén imm transkribovaný nepretržite z vlastného promotora, v smere opačnom ako gén pre kolicín a gén kil. U kolicínov s nukleázovou aktivitou je gén imm súčasťou transkripčnej jednotky a je orientovaný v smere transkripcie génu pre kolicín a génu kil. Je kontrolovaný promotorom celej transkripčnej jednotky a navyše aj vlastným promotorom, z ktorého je prepisovaný v prípade, že je kolicínovy operón vypnutý.

ReferencieUpraviť

  1. a b Šmarda J. (1978): The effect of colicins. Universita J. E. Purkyně. Brno.
  2. a b c Cascales E., Buchanan S.K., Duché D., Kleanthous C., Lloubès R., Postle K., Riley M., Slatin S., Cavard D. (2007): Colicin biology. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 71.
  3. Waters V.L., Crosa J.H. (1991): Colicin V virulence plasmids. Microbiol. Rev. 55.
  4. Klaban V. (2005): Ilustrovaný mikrobiologický slovník. Galén. Praha.
  5. Lagos R., Tello M., Mercado G., García V., Monasterio O. (2009): Antibacterial and antitumorigenic properties of microcin E492, a poreforming bacteriocin. Curr. Pharm. Biotechnol. 10.
  6. Šmarda J., Benada O. (2005): Phage tail-like (high-molecular-weight) bacteriocins of Budvicia aquatica and Pragia fontium (Enterobacteriaceae). Appl. Environ. Microbiol. 71.
  7. Guder A., Wiedemann I., Sahl H.G. (2000): Posttranslationally modified bacteriocins – the lantibiotics. Biopolymers. 55
  8. a b c d Šmarda J., Šmajs D. (1998): Colicins – Exocellular lethal proteins of Escherichia coli. Folia Microbiol. 43.