Свойства и биосинтез бактериоцинов II класса

Ко второму классу бактериоцинов относятся немодифицированные пептиды, которые подразделяются на три подкласса. К подклассу IIa относятся педиоцинподобные бактериоцины, в IIb подкласс входят дипептидные бактериоцины, а подкласс IIc включает в себя бактериоцины, имеющие циклическое строение. В таблице 4 приведены основные бактериоцины IIa и IIb подклассов с молекулярными массами от 2500 до 7500 Da и их продуценты [74 - 99 ].

Многие из этих пептидов стабильны при низких значениях рН и ингибируют рост грамположительных бактерий, вызывающих порчу пищевых продуктов, таких как: Bacillus cereus, Clostridium perfringens, Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes. Так, например, лактицин Q, образуемый штаммом L. lactis subp. lactis QU 5, с молекулярной массой 5926 Da, что в 1.7 раза превышает молекулярную массу низина А, по спектру антимикробного действия подобен ему, но отличается стабильностью в щелочных условиях [ 38] и большей эффективностью в отношении многих грамположительных бактерий, в то время как лактококцины А и 972 с молекулярными массами (5778 и 7500 Da, соответственно) ингибируют рост только некоторых штаммов лактококков [100].

Все бактериоцины IIa подкласса являются катионными пептидами, состоящими из двух структурных единиц: высоко консервативного N-конца с характерной последовательностью Tyr-Gly-Asn-Gly-Val и менее консервативного С-концевого домена [101 ]. N-конец образует три антипараллельных β-слоя, поддерживаемых дисульфидными мостиками, С-конец формирует одну или две амфифильных α-спирали. Положительно заряженные аминокислоты, необходимые для взаимодействия с мембраной, у бактериоцинов второго класса локализованы, главным образом, на гидрофильном N–конце. С-конец бактериоцина участвует в определении его специфичности и внедрении в мембрану, а гидрофильные β-складки N–конца прикрепляются к поверхности мембраны [ 31].

Структурные гены многих бактериоцинов, не содержащих лантионина, расположены на плазмидах, за исключением диверцина V41[102], сакацина Р и карнобактериоцина В2 [ 103]. В некоторых случаях одна плазмида может нести гены синтеза нескольких бактериоцинов как, например, плазмида р9В4-6, кодирующая лактококцины А, В и М и соответствующие иммунные белки. В противоположность этому, разные отдельные плазмиды, находящиеся в разных штаммах, могут кодировать один бактериоцин. Например, для лактококцинa А имеются три различные плазмиды у двух подвидов L. lactis subsp. lactis. Гены обычно организованы в один или несколько оперонов. В педиоцине РА-1, плантарицине 423 все 4 гена, необходимые для биосинтеза, локализованы в одном опероне. В других случаях гены распределены по нескольким оперонам, где один оперон несет структурные гены и гены иммунности, второй – гены секреции, третий - регуляции биосинтеза [ 31].

Бактериоцины IIa подкласса синтезируются в виде предшественников с сигнальной последовательностью. Молекулы препептидов идентичны у сакацина А и курвацина А, лантибиотика лактицина 481 и лактококцина DR, сакацина 674 и сакацина Р. Предполагают, что препептид направляет полипептид в sec-зависимый путь экскреции, который включает также стабилизацию препептида в процессе трансляции, сохранение молекулы в неактивном состоянии и участие в транслокации [51]. Бактериоцины I и II класса секретируются с помощью АВС-транспортера [34].

Сравнительно недавно были идентифицированы дипептидные бактериоцины IIb подкласса. Продуценты, молекулярные массы генетически и биохимически охарактеризованных бактериоцинов этого подкласса представлены в таблице 4.

Бактериоцины IIb подкласса имеют много общих черт с бактериоцинами IIa подкласса. В частности, они тоже являются катионами и имеют гидрофобную или амфифильную область в молекуле. Как правило, оба пептида действуют синергидно. Однако отдельные пептиды лактацина F и плантарицина E/F и J/K могут проявлять антимикробную активность, но в гораздо меньшей степени [104]. Известно, что в лактоцине 705 за антибактериальную активность отвечает один пептид, в то время как второй пептид участвует в распознавание рецептора на мембране клетки-мишени [105].

Гены, ответственные за синтез отдельных пептидов двухпептидных бактериоцинов, располагаются друг за другом в одном опероне, и к каждому бактериоцину имеется только один ген иммунного белка, что говорит о том, что оба пептида функционируют как единый комплекс [103]. Кроме того, установлено, что между комплементарными пептидами лактококцина G, плантарицинов E/F и J/K при атаке на клетку происходят прямые физические взаимодействия [106].

Для регуляции продукции бактериоцинов второго класса используется система чувства кворума. Она состоит из трех компонентов и соответственно выражается в трехкомпонентной регуляторной системе: феромона пептидной природы, трансмебранного белка - гистидинкиназы (рецептора феромона) и ответного белка цитозоля. Показано, что синтез термофилина 13 бактериями Streptococcus thermophilus LMD-9 и плантарицинов, образуемых штаммами L. plantarum C11, E/F и J/K, зависит от фазы роста и концентрации индуцирующего фактора, феромона [107].