stringtranslate.com

Дрожжи-убийцы

Дрожжи -киллеры — это дрожжи , такие как Saccharomyces cerevisiae , которые способны секретировать один из ряда токсичных белков, которые смертельны для восприимчивых клеток . [1] Эти «токсины-киллеры» представляют собой полипептиды , которые убивают чувствительные клетки того же или родственного вида, часто функционируя путем создания пор в мембранах целевых клеток . Эти клетки дрожжей невосприимчивы к токсическому воздействию белка из-за внутреннего иммунитета. [2] Штаммы дрожжей-киллеров могут быть проблемой при коммерческой переработке, поскольку они могут убивать желаемые штаммы. [3] Система дрожжей-киллеров была впервые описана в 1963 году. [4] Изучение токсинов-киллеров помогло лучше понять путь секреции дрожжей, который похож на таковой у более сложных эукариот. Его также можно использовать для лечения некоторых заболеваний, в основном вызванных грибками.

Сахаромицеты cerevisiae

Лучше всего охарактеризована система токсинов из дрожжей ( Saccharomyces cerevisiae ), которые, как было обнаружено, портят процесс пивоварения . В S. cerevisiae есть токсины, кодируемые двухцепочечным РНК-вирусом , транслируемые в белок-предшественник, расщепляемые и секретируемые за пределы клеток, где они могут поражать восприимчивые дрожжи. В S. cerevisiae есть и другие системы-киллеры , такие как гены KHR1 [5] и KHS1 [6], кодируемые на хромосомах IX и V соответственно.

РНК-вирус

Вирус LA — это икосаэдрический вирус S. cerevisiae, включающий геномный сегмент размером 4,6 кб и несколько сателлитных двухцепочечных последовательностей РНК , называемых M dsRNA. Геномный сегмент кодирует вирусный белок оболочки и белок, который реплицирует вирусные геномы. [7] M dsRNA кодируют токсин, у которого есть по крайней мере три варианта в S. cerevisiae , [2] [8] и множество других вариантов у всех видов. [1] [9]

Вирус LA использует хромосомные гены комплекса Ski (суперкиллер) и MAK (поддержание киллера) дрожжей для сохранения в клетке. Вирус не высвобождается в окружающую среду. Он распространяется между клетками во время спаривания дрожжей . [8] Семейство Totiviridae в целом помогает dsRNA M-типа в самых разных дрожжах. [10]

Токсины

Препротоксин K1, показывающий α и β цепи, из которых состоит токсин K1. Числа указывают на аминокислотные остатки.

Первоначальный белковый продукт от трансляции M dsRNA называется препротоксином, который нацелен на секреторный путь дрожжей . Препротоксин обрабатывается и расщепляется для получения α/β- димера , который является активной формой токсина и высвобождается в окружающую среду. [2] [11]

Два наиболее изученных варианта токсинов в S. cerevisiae — это K1 и K28. Существует множество, по-видимому, не связанных между собой M dsRNA, их единственным сходством является их геном и организация препротоксина. [10]

K1 связывается с рецептором β-1,6-D-глюкана на стенке клетки-мишени, перемещается внутрь, а затем связывается с рецептором плазматической мембраны Kre1p. Он образует катион-селективный ионный канал в мембране, который является смертельным для клетки. [11] [12]

K28 использует рецептор α-1,6-маннопротеина для проникновения в клетку и использует секреторный путь в обратном направлении, отображая сигнал эндоплазматического ретикулума HDEL. Из ER K28 перемещается в цитоплазму и останавливает синтез ДНК в ядре, запуская апоптоз . [13] [14]


Иммунитет

Sesti, Shih, Николаева и Goldstein (2001) утверждали, что K1 ингибирует мембранный калиевый канал TOK1 перед секрецией, и хотя токсин повторно проникает через клеточную стенку, он не способен реактивировать TOK1. [15] Однако Breinig, Tipper и Schmitt (2002) показали, что канал TOK1 не является первичным рецептором для K1, и что ингибирование TOK1 не обеспечивает иммунитет. [12] Vališ, Mašek, Novotná, Pospíšek и Janderová (2006) экспериментировали с мутантами, которые продуцируют K1, но не имеют иммунитета к нему, и предположили, что рецепторы клеточной мембраны деградируют в пути секреции иммунных клеток, по-видимому, из-за действий необработанных α-цепей. [16] [17]

Препротоксин K28 образует комплекс с димером K28 α/β, нейтрализуя его.

Брейниг, Сендзик, Эйсфельд и Шмитт (2006) показали, что токсин K28 нейтрализуется в клетках, экспрессирующих токсин, α-цепью в цитозоле, которая еще не полностью обработана и все еще содержит часть γ-цепи, прикрепленной к C-концу. Нерасщепленная α-цепь нейтрализует токсин K28, образуя с ним комплекс. [2]

Клюверомицеты лактис

Киллерные свойства Kluyveromyces lactis связаны с линейными ДНК- плазмидами , которые имеют на своем 5'-конце ассоциированные белки, которые позволяют им реплицироваться, подобно аденовирусам . Это пример праймирования белков при репликации ДНК . Гены MAK неизвестны. Токсин состоит из трех субъединиц, которые созревают в комплексе Гольджи с помощью сигнальной пептидазы и гликозилируются .

Механизм действия, по-видимому, заключается в ингибировании аденилатциклазы в чувствительных клетках. Пораженные клетки останавливаются в фазе G1 и теряют жизнеспособность.

Другие дрожжи

У других дрожжей обнаружены и другие токсиновые системы:

Использование токсинов

Восприимчивость к токсинам сильно различается между видами и штаммами дрожжей. Несколько экспериментов использовали это для надежной идентификации штаммов. Мораче, Арчибусаччи, Сестито и Полонелли (1984) использовали токсины, вырабатываемые 25 видами дрожжей, для дифференциации 112 патогенных штаммов на основе их чувствительности к каждому токсину. [18] Это было расширено Мораче и др . (1989) для использования токсинов для дифференциации 58 бактериальных культур. [19] Воган-Мартини, Кардинали и Мартини (1996) использовали 24 штамма дрожжей-убийц из 13 видов, чтобы найти сигнатуру устойчивости для каждого из 13 штаммов S. cerevisiae , которые использовались в качестве заквасок в виноделии. [20] Было показано, что чувствительность к токсинам может быть использована для дифференциации 91 штамма Candida albicans и 223 других штаммов Candida . [21]

Другие экспериментировали с использованием дрожжей-убийц для контроля нежелательных дрожжей. Палпачелли, Чиани и Розини (1991) обнаружили, что Kluyveromyces phaffii эффективен против Kloeckera apiculata , Saccharomycodes ludwigii и Zygosaccharomyces rouxii — все они вызывают проблемы в пищевой промышленности. [22] Полонелли и др. (1994) использовали дрожжи-убийцы для вакцинации крыс против C. albicans . [23] Лоус и др. (2000) создали синтетический ген для токсина HMK, обычно вырабатываемого Williopsis mrakii , который они вставили в Aspergillus niger и показали, что сконструированный штамм может контролировать аэробную порчу кукурузного силоса и йогурта. [24] Токсин-продуцирующий штамм Kluyveromyces phaffii для контроля апикальных дрожжей в виноделии. [25] Токсин, вырабатываемый Candida nodaensis, оказался эффективным средством предотвращения порчи сильносоленой пищи дрожжами. [26]

Несколько экспериментов показывают, что антитела, имитирующие биологическую активность токсинов-убийц, могут применяться в качестве противогрибковых средств. [27]

Дрожжи-убийцы были выделены из цветов индийских лекарственных растений, и было определено действие их токсина-убийцы на чувствительные дрожжевые клетки, а также на грибковые патогены. Токсин Saccharomyces cerevisiae и Pichia kluyveri подавлял клетки Dekkera anomala, накапливающие метиленовый синий на агаре с пептоном и декстрозой (pH 4,2) при 21 °C. Не было никакого ингибирования роста или конкуренции между дрожжевыми клетками в смешанной популяции S. cerevisiae, выделенных из Acalypha indica. Было обнаружено, что S. cerevisiae и P. kluyveri переносят 50% и 40% глюкозы, в то время как D. anomala переносит 40% глюкозы. Как S. cerevisiae, так и P. kluyveri не подавляли рост Aspergillus niger. [28]

Методы контроля

Янг и Ягиу (1978) экспериментировали с методами лечения дрожжей-убийц. Они обнаружили, что использование раствора циклогексимина в концентрации 0,05 ppm было эффективным для устранения активности убийц в одном штамме S. cerevisiae . Инкубация дрожжей при 37 °C устранила активность в другом штамме. Методы не были эффективными для снижения продукции токсинов в других видах дрожжей. [1] Многие токсины чувствительны к уровню pH; например, K1 постоянно инактивируется при уровне pH выше 6,5. [9]

Наибольший потенциал для контроля за дрожжами-убийцами, по-видимому, заключается в добавлении вируса LA и M dsRNA или эквивалентного гена в промышленно желательные варианты дрожжей, чтобы они приобрели иммунитет к токсину, а также уничтожили конкурирующие штаммы. [3]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc Young TW, Yagiu M (1978). «Сравнение характеристик киллера у разных дрожжей и их классификация». Antonie van Leeuwenhoek . 44 (1): 59–77. doi :10.1007/BF00400077. PMID  655699. S2CID  20931283.
  2. ^ abcd Breinig F, Sendzik T, Eisfeld K, Schmitt MJ (март 2006 г.). «Изучение иммунитета к токсинам у инфицированных вирусом дрожжей-убийц раскрывает внутреннюю стратегию самозащиты». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (10): 3810–5. Bibcode : 2006PNAS..103.3810B. doi : 10.1073/pnas.0510070103 . PMC 1533781. PMID  16505373 . 
  3. ^ ab Wickner RB (1986). «Двуцепочечная репликация РНК у дрожжей: система-убийца». Annual Review of Biochemistry . 55 : 373–95. doi :10.1146/annurev.bi.55.070186.002105. PMID  3527047.
  4. ^ Беван, Е.А. и М. Маковер. (1963). «Физиологическая основа киллерного признака у дрожжей». Proc. XIth Int. Congr. Genet . 1 :202–203.
  5. ^ Goto K, Iwatuki Y, Kitano K, Obata T, Hara S (апрель 1990 г.). «Клонирование и нуклеотидная последовательность гена-убийцы KHR Saccharomyces cerevisiae». Agricultural and Biological Chemistry . 54 (4): 979–84. doi : 10.1271/bbb1961.54.979 . PMID  1368554.
  6. ^ Goto K, Fukuda H, Kichise K, Kitano K, Hara S (август 1991). «Клонирование и нуклеотидная последовательность гена-убийцы KHS Saccharomyces cerevisiae». Agricultural and Biological Chemistry . 55 (8): 1953–8. doi : 10.1271/bbb1961.55.1953 . PMID  1368726.
  7. ^ Рибас Дж. К., Викнер Р. Б. (апрель 1998 г.). «Домен Gag белка слияния Gag-Pol направляет включение в двухцепочечные РНК вирусных частиц LA в Saccharomyces cerevisiae». Журнал биологической химии . 273 (15): 9306–11. doi : 10.1074/jbc.273.15.9306 . PMID  9535925.
  8. ^ ab Wickner RB, Tang J, Gardner NA, Johnson JE (2008). "Вирус dsRNA дрожжей LA напоминает ядра вируса dsRNA млекопитающих". В Patton JT (ред.). Вирусы с сегментированной двухцепочечной РНК: структура и молекулярная биология . Caister Academic Press. стр. 105. ISBN 978-1-904455-21-9. Архивировано из оригинала 2022-02-01 . Получено 2022-02-01 .
  9. ^ ab Tipper DJ, Bostian KA (июнь 1984). "Системы убийц двуцепочечных рибонуклеиновых кислот у дрожжей". Microbiological Reviews . 48 (2): 125–56. doi :10.1128/MMBR.48.2.125-156.1984. PMC 373216 . PMID  6377033. 
  10. ^ ab Ramírez, M; Velázquez, R; López-Piñeiro, A; Naranjo, B; Roig, F; Llorens, C (19 сентября 2017 г.). «Новые знания об организации генома вирусов-убийц дрожжей на основе «атипичных» штаммов-убийц, охарактеризованных с помощью высокопроизводительного секвенирования». Toxins . 9 (9): 292. doi : 10.3390/toxins9090292 . PMC 5618225 . PMID  28925975. 
  11. ^ ab Bussey H (октябрь 1991 г.). "K1 killer toxin, a por-forming protein from yeast". Молекулярная микробиология . 5 (10): 2339–43. doi :10.1111/j.1365-2958.1991.tb02079.x. PMID  1724277. S2CID  35664912.
  12. ^ ab Breinig F, Tipper DJ, Schmitt MJ (февраль 2002 г.). "Kre1p, рецептор плазматической мембраны для вирусного токсина дрожжей K1". Cell . 108 (3): 395–405. doi : 10.1016/S0092-8674(02)00634-7 . PMID  11853673. S2CID  16889563.
  13. ^ Reiter J, Herker E, Madeo F, Schmitt MJ (январь 2005 г.). «Вирусные токсины-киллеры вызывают апоптоз, опосредованный каспазой, у дрожжей». The Journal of Cell Biology . 168 (3): 353–8. doi :10.1083/jcb.200408071. PMC 2171720. PMID  15668299 . 
  14. ^ Eisfeld K, Riffer F, Mentges J, Schmitt MJ (август 2000 г.). «Эндоцитотическое поглощение и ретроградный транспорт вирусно-кодируемого токсина-убийцы в дрожжах». Молекулярная микробиология . 37 (4): 926–40. doi : 10.1046/j.1365-2958.2000.02063.x . PMID  10972812.
  15. ^ Sesti F, Shih TM, Николаева N, Goldstein SA (июнь 2001 г.). «Иммунитет к токсину-киллеру K1: внутренняя блокада TOK1». Cell . 105 (5): 637–44. doi : 10.1016/S0092-8674(01)00376-2 . PMID  11389833. S2CID  16673130.
  16. ^ Valis K, Masek T, Novotná D, Pospísek M, Janderová B (2006). «Иммунитет к токсину-киллеру K1 связан с путем деградации белка от аппарата Гольджи до вакуоли». Folia Microbiologica . 51 (3): 196–202. doi :10.1007/BF02932122. PMID  17004650. S2CID  22496847.
  17. ^ Sturley SL, Elliot Q, LeVitre J, Tipper DJ, Bostian KA (декабрь 1986 г.). «Картирование функциональных доменов в препротоксине убийцы типа 1 Saccharomyces cerevisiae». The EMBO Journal . 5 (12): 3381–9. doi :10.1002/j.1460-2075.1986.tb04654.x. PMC 1167337. PMID  3545818 . 
  18. ^ Morace G, Archibusacci C, Sestito M, Polonelli L (февраль 1984). «Дифференциация штаммов патогенных дрожжей с помощью системы киллеров». Mycopathologia . 84 (2–3): 81–5. doi :10.1007/BF00436517. PMID  6371541. S2CID  27061681.
  19. ^ Morace G, Manzara S, Dettori G, Fanti F, Conti S, Campani L, et al. (сентябрь 1989 г.). «Биотипирование бактериальных изолятов с использованием системы дрожжевых убийц». European Journal of Epidemiology . 5 (3): 303–10. doi :10.1007/BF00144830. PMID  2676582. S2CID  30871936.
  20. ^ Vaughan-Martini A, Cardinali G, Martini A (август 1996). «Дифференциальная чувствительность к киллерам как инструмент для идентификации штаммов винных дрожжей Saccharomyces cerevisiae». Журнал промышленной микробиологии . 17 (2): 124–7. doi : 10.1007/BF01570055 . PMID  8987896. S2CID  11095134.
  21. ^ Buzzini P, Martini A (сентябрь 2001 г.). «Дискриминация Candida albicans и других патогенных видов рода Candida по их дифференциальной чувствительности к токсинам панели дрожжей-убийц». Журнал клинической микробиологии . 39 (9): 3362–4. doi :10.1128 / JCM.39.9.3362-3364.2001. PMC 88347. PMID  11526179. 
  22. ^ Палпачелли В., Чиани М., Розини Г. (ноябрь 1991 г.). «Активность различных дрожжей-убийц в отношении штаммов видов дрожжей, нежелательных в пищевой промышленности». FEMS Microbiology Letters . 68 (1): 75–8. doi : 10.1111/j.1574-6968.1991.tb04572.x . PMID  1769559.
  23. ^ Polonelli L, De Bernardis F, Conti S, Boccanera M, Gerloni M, Morace G, et al. (март 1994 г.). «Идиотипическая интравагинальная вакцинация для защиты от кандидозного вагинита секреторными антиидиотипическими антителами, подобными токсину дрожжевого убийцы». Журнал иммунологии . 152 (6): 3175–82. PMID  8144911. Архивировано из оригинала 01.02.2022 . Получено 23.10.2009 .
  24. ^ Lowes KF, Shearman CA, Payne J, MacKenzie D, Archer DB, Merry RJ, Gasson MJ (март 2000 г.). «Предотвращение порчи дрожжами кормов и продуктов питания с помощью дрожжевого микоцина HMK». Applied and Environmental Microbiology . 66 (3): 1066–76. Bibcode :2000ApEnM..66.1066L. doi :10.1128/AEM.66.3.1066-1076.2000. PMC 91944. PMID  10698773. 
  25. ^ Ciani M, Fatichenti F (июль 2001 г.). «Токсин-убийца Kluyveromyces phaffii DBVPG 6076 как биоконсервант для контроля винных дрожжей». Applied and Environmental Microbiology . 67 (7): 3058–63. Bibcode :2001ApEnM..67.3058C. doi :10.1128/AEM.67.7.3058-3063.2001. PMC 92981 . PMID  11425722. 
  26. ^ да Силва С., Каладо С., Лукас С., Агиар С. (2008). «Необычные свойства галотолерантных дрожжей Candida nodaensis Killer toxin, CnKT». Микробиологические исследования . 163 (2): 243–51. doi :10.1016/j.micres.2007.04.002. ПМИД  17761407.
  27. ^ Magliani W, Conti S, Salati A, Vaccari S, Ravanetti L, Maffei DL, Polonelli L (октябрь 2004 г.). «Терапевтический потенциал антител, подобных токсину дрожжей-киллера, и мимотопов». FEMS Yeast Research . 5 (1): 11–8. doi : 10.1016/j.femsyr.2004.06.010 . PMID  15381118.
  28. ^ *Мадхусудан П. Дабхоле и д-р К. Н. Джоиши. Производство и воздействие токсина-убийцы Saccharomyces cerevisiae и Pichia kluyveri на чувствительные дрожжи и грибковые патогены, Indian Journal of Biotechnology, 4(2),2005.

Дальнейшее чтение