Colicine

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Colicine sind von Bakterien – meist Kolibakterien (Escherichia coli) – produzierte Gifte, die für einige Kolibakterien-Stämme giftig sind. Sie zählen damit zu den Bacteriocinen.

Colicine werden unter anderem von Kolibakterien produziert, welche zu den Darmbakterien gehören. Colicine bestehen aus mindestens drei Domänen, einer N-terminalen Translokationsdomäne, die für den Transport durch die äußere Membran verantwortlich ist, einer zentralen Domäne, die für die Erkennung des Rezeptors verantwortlich ist, und eine C-terminale toxische Domäne.[1] Bakterien, die durch Colicine angegriffen werden, können sich durch die Produktion von Immunitätsproteinen schützen.[2]

Es gibt verschiedene Arten von Colicinen, die sich in ihrer Wirkungsweise ihrer toxischen Domäne unterscheiden. Es gibt porenformende Colicine, Colicine, die die Translation blockieren (D), Colicine, die als DNA- oder rRNA-Endonucleasen wirken (E2, E7-E9) und Colicine, die die Synthese von Murein für die Zellwand verhindern (M).

Porenformende Colcine[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einige (Colicin A, B, E1, Ia, Ib, K, L, N, U, V, 5, 10)[3] schleusen sich in die Zellmembran (innere Membran) der Zielbakterien ein, bilden dort Ionenkanäle und wirken als porenbildende Toxine. Auf Grund dieser Poren, depolarisiert die Zellmembran, die so für das Absterben der befallenen Bakterien sorgen.

Ein Beispiel ist das Colicin I, welches an einen externen Rezeptor der Zielzelle andockt und dort in das Periplasma geleitet wird. An der Cytoplasmamembran angelangt, bildet es Kanäle, durch die Kalium- und Magnesiumionen, sowie phosphorylierte Moleküle aus der Zelle strömen. Dadurch wird die protonenmotorische ATP-Synthese unterbunden. Die befallene Zelle verarmt also zusehends an ATP und stirbt als Folge dessen ab.

Die kanalbildenden Colicine werden in vier Familien zusammengefasst:

Familie TCDB-Bezeichner Beispiele UniProt Taxa
Kanalbildende Colicine 1.C.1 Colicin 1a P06716 E. coli
Colicin 1b,A,B,E,K,10; Alveicin Plasmide gram-negativer Bakterien
Kanalbildendes Colicin V 1.C.31 Colicin V (Microcin) P22522 E. coli
Colicin L, Microsin M enterale Bakterien
Colicin J Lyse-Proteine 9.A.13 Cjl Q934C7 Bakterien
Colicin-Lyse-Proteine 9.B.41 Colicin E1-Lyse-Protein P05821 enterale Bakterien

Nucleasen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Andere (Colicin E2, Colicine E7-E9) wiederum zerstören die DNA der befallenen Bakterien durch eine Endo-DNase oder die rRNA der befallenen Bakterien durch eine RNase.

Translokation[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die meisten Colicine werden mit Hilfe von zwei verschiedenen Molekülen durch die Membran transportiert, das erste ist für die erste Bindung zur Zielzelle, das zweite für die Translokation benötigt. Für die erste Bindung zur Zielzelle bindet die Reptorerkennungsdomäne an einen Rezeptor in der äußeren Membran. Das sind häufig Porine, wie OmpF, FepA, BtuB, Cir and FhuA. [4]

Für den Transport durch die äußere Membran werden periplasmische Protein, wie TolA, TolB, TolC oder TonB benötigt.[4] Basierend auf diesen periplasmischen Proteinen können Colicine als Gruppe A oder Gruppe B Colicine klassifiziert werden. Gruppe A benutzt das Tol System, dass aus TolA, TolQ und TolR besteht. Dazu gehören Colicine A, E1, E2-4, E6-9, N und U. Gruppe B benutzt das Ton System, ds aus TonB, ExbB und ExbD besteht. Dazu gehören die Coline B, D, G, H, Ia, Ib, M, 5 und 10. In Tabelle 2 sind die Colicine der Gruppen A und B mit ihren Rezeptoren, die sie zur ersten Bindung benutzen, aufgeführt.[5]

Colicin Rezeptor Periplasmisches System Gruppe toxische Domäne
A BtuB/OmpF Tol A Pore
B FepA Ton B Pore
D FepA Ton B Translationsinhibitor
E1 BtuB/TolC Tol A Pore
E2, E7-9 BtuB/OmpF Tol A Nuclease
E3, E4, E6 BtuB/OmpF Tol A Nuclease,
E5
G*, H* Fiu Ton B -
Ia, Ib Cir Ton B Pore
K Pore
N OmpF/OmpC/Phoe Tol A Pore
M FhuA Ton B Mureinsyntheseinhibitor
U OmpA/OmpF/LPS Tol A Pore
5, 10 Tsx Ton B Pore
28B (zuvor Colicin L) Pore

[5][6] *Colicin G und H sind werden mittlerweile als Microsine klassifiziert und sind daher keine Colicine.

Wie die Colicine durch die äußere Membran transportiert werden, ist für die meisten Colicine noch nicht bekannt. Es wurde allerdings gezeigt, dass Colicin M für den Import ins Periplasma, also für den Transport durch die äußere Membran, entfaltet wird. Im Periplasma wird es mit Hilfe des Chaperons FkpA wieder gefaltet.[7]

Immunität[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Immunitätsproteine schützen vor der toxischen Wirkung der Colicine in dem sie an diese Binden. Jedes Colicin, benötigt sein eigenes spezifisches Immunitätsprotein.[2]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • A. Gratia: Sur un remarquable exemple d'antagonisme entre deux souches de colibacille. In: Compt. Rend. Soc. Biol. Band 93, 1925, S. 1040–1042.
  • J. P. Gratia: Andre Gratia: a forerunner in microbial and viral genetics. In: Genetics. Band 156, Nr. 2, 2000, S. 471–476. PMID 11014798; PMC 1461273 (freier Volltext, PDF).
  • K. Schaller, M. Nomura: Colicin E2 is DNA endonuclease. In: Proc Natl Acad Sci U S A. 1976. PMID 1069283

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Stanislav D. Zakharov, Elena A. Kotova, Yuri N. Antonenko, William A. Cramer: On the role of lipid in colicin pore formation. In: Biochimica Et Biophysica Acta. Band 1666, Nr. 1-2, 3. November 2004, S. 239–249, doi:10.1016/j.bbamem.2004.07.001, PMID 15519318.
  2. a b Grigorios Papadakos, Justyna A. Wojdyla, Colin Kleanthous: Nuclease colicins and their immunity proteins. In: Quarterly Reviews of Biophysics. Band 45, Nr. 1, 1. Februar 2012, S. 57–103, doi:10.1017/S0033583511000114, PMID 22085441.
  3. Jacqueline L. Hilsenbeck, HaJeung Park, Gregory Chen, Buhyun Youn, Kathleen Postle: Crystal structure of the cytotoxic bacterial protein colicin B at 2.5 A resolution. In: Molecular Microbiology. Band 51, Nr. 3, 1. Februar 2004, S. 711–720, PMID 14731273.
  4. a b Zhenghua Cao, Phillip E. Klebba: Mechanisms of colicin binding and transport through outer membrane porins. In: Biochimie. Band 84, Nr. 5-6, 1. Juni 2002, S. 399–412, PMID 12423783.
  5. a b Karla D. Krewulak, Hans J. Vogel: TonB or not TonB: is that the question? In: Biochemistry and Cell Biology = Biochimie Et Biologie Cellulaire. Band 89, Nr. 2, 1. April 2011, S. 87–97, doi:10.1139/o10-141, PMID 21455261.
  6. DAVID S MAJS, HOLGER PILSL, AND VOLKMAR BRAUN: Colicin U, a Novel Colicin Produced by Shigella boydii. Aug 1997, abgerufen am 7. Juni 2016 (PDF).
  7. Julia Hullmann, Silke I. Patzer, Christin Römer, Klaus Hantke, Volkmar Braun: Periplasmic chaperone FkpA is essential for imported colicin M toxicity. In: Molecular Microbiology. Band 69, Nr. 4, 1. August 2008, S. 926–937, doi:10.1111/j.1365-2958.2008.06327.x, PMID 18554332.