Колицин — это тип бактериоцина, вырабатываемый некоторыми штаммами Escherichia coli и токсичный для них . [1] Колицины высвобождаются в окружающую среду для снижения конкуренции со стороны других штаммов бактерий . Колицины связываются с рецепторами внешней мембраны , используя их для перемещения в цитоплазму или цитоплазматическую мембрану, где они оказывают свое цитотоксическое действие, включая деполяризацию цитоплазматической мембраны, активность ДНКазы , активность РНКазы или ингибирование синтеза муреина .
Каналообразующие колицины (колицины A, B, E1, Ia, Ib и N) являются трансмембранными белками, которые деполяризуют цитоплазматическую мембрану, что приводит к рассеиванию клеточной энергии. [2] Эти колицины содержат по крайней мере три домена: N-концевой транслокационный домен, отвечающий за перемещение через внешнюю мембрану и периплазматическое пространство (домен T); центральный домен, отвечающий за распознавание рецепторов (домен R); и C-концевой цитотоксический домен, отвечающий за формирование каналов в цитоплазматической мембране (домен C). [3] [4] [5] Домен R регулирует цель и связывается с рецептором на чувствительной клетке. Домен T участвует в транслокации, кооптируя механизмы клетки-мишени. Домен C является «убивающим» доменом и может создавать поры в мембране клетки- мишени или действовать как нуклеаза для измельчения ДНК или РНК клетки-мишени. [5]
Большинство колицинов способны перемещать внешнюю мембрану с помощью двухрецепторной системы, где один рецептор используется для начального связывания, а второй — для транслокации. Начальное связывание происходит с рецепторами клеточной поверхности, такими как белки внешней мембраны OmpF, FepA, BtuB, Cir и FhuA; колицины классифицируются в соответствии с рецепторами, с которыми они связываются. Для перемещения через мембрану требуется наличие определенных периплазматических белков, таких как TolA, TolB, TolC или TonB. [6] Клоацин [7] DF13 — это бактериоцин, который инактивирует рибосомы путем гидролиза 16S РНК в 30S рибосомах в определенном месте. [8]
Поскольку они нацелены на определенные рецепторы и используют определенный механизм транслокации, клетки могут стать устойчивыми к колицину, подавляя или удаляя гены для этих белков. Такие устойчивые клетки могут страдать от недостатка ключевого питательного вещества (например, железа или витамина B ), но выигрывают, не будучи убитыми. Колицины демонстрируют «кинетику убийства с одного удара» [ требуется ссылка ] , что не обязательно означает, что одной молекулы достаточно для убийства, но, безусловно, что для этого требуется лишь небольшое количество. В своей речи лауреата Нобелевской премии 1969 года Сальвадор Э. Лурия предположил, что колицины могут быть настолько токсичными только за счет того, что вызывают эффект домино , который дестабилизирует клеточную мембрану. [9] Он был не совсем прав, но порообразующие колицины действительно деполяризуют мембрану и, таким образом, устраняют источник энергии для клетки. Колицины являются высокоэффективными токсинами . [ требуется ссылка ]
Практически все колицины переносятся плазмидами . Два основных класса колициногенных плазмид — это большие плазмиды с низким числом копий и маленькие плазмиды с высоким числом копий. Более крупные плазмиды несут другие гены, а также оперон колицина. Опероны колицина, как правило, организованы с несколькими основными генами . К ним относятся структурный ген колицина, ген иммунитета и ген белка высвобождения бактериоцина (BRP), или ген лизиса . Ген иммунитета часто вырабатывается конститутивно, в то время как BRP обычно вырабатывается только как считывание стоп-кодона на структурном гене колицина. Сам колицин подавляется ответом SOS и может регулироваться другими способами. [10]
Сохранение плазмиды колицина очень важно для клеток, которые живут со своими родственниками, потому что если клетка теряет ген иммунитета, она быстро становится объектом разрушения циркулирующим колицином. В то же время колицин высвобождается из продуцирующей клетки только с помощью белка лизиса, что приводит к смерти этой клетки. Этот суицидный механизм производства, по-видимому, был бы очень дорогостоящим, если бы не тот факт, что он регулируется ответом SOS , который реагирует на значительное повреждение ДНК . Короче говоря, производство колицина может происходить только в неизлечимо больных клетках. Исследовательская группа профессора Клеантоуса в Оксфордском университете широко изучает колицины как модельную систему для характеристики и исследования белок-белковых взаимодействий и распознавания. [11]
База данных BACTIBASE [12] [13] — это база данных с открытым доступом для бактериоцинов, включая колицины (просмотреть полный список).