Κολισίνες

Οι κολισίνες είναι τύπος βακτηριοσινών που παράγονται από ορισμένα είδη του Escherichia coli , ενώ είναι τοξικές για άλλα είδη του ίδιου βακτηρίου. Κολισίνες απελευθερώνονται στο περιβάλλον, για να μειώσουν τον ανταγωνισμό άλλων ειδών βακτηρίων. Οι κολισίνες συνδέονται με τους υποδοχείς της εξωτερικής μεμβράνης χρησιμοποιώντας τους για να μεταβούν (translocation) στο κυτόπλασμα ή την κυτοπλασματική μεμβράνη , όπου επενεργούν κυτοτοξικά, καθώς επάγουν αποπόλωση της κυτοπλασματικής μεμβράνης (κολισίνη Ε1,1a,K) , δραστηριότητα ένδο-DNάσης (κολισίνη Ε2) και RΝάσης (κολισίνη Ε1) ή αναστολή της σύνθεσης μουρεΐνης.

Δομή

Κολισίνες σχηματιστές ιοντικών καναλιών (κολισίνες Α, Β, Ε1, la, lb, N) είναι διαμεμβρανικές πρωτεΐνες και αποπολώνουν την κυτοπλασματική μεμβράνη. Αυτές οι κολισίνες περιέχουν τουλάχιστον τρεις τομείς: Ν-τελικό μεταφορικό τομέα υπεύθυνο για την κίνηση δια της εξωτερικής μεμβράνης και του περιπλασματικού διαστήματος; έναν κεντρικό τομέα υπεύθυνο για την αναγνώριση από τον υποδοχεά; και ένα C-τελικό κυτοτοξικό τομέα υπεύθυνο για τον σχηματισμό ιοντικών καναλιών στην κυτοπλασματική μεμβράνη. Ο ένας τομέας ρυθμίζει τον στόχο και συνδέεται με τον υποδοχέα του κυττάρου με ευαισθησία προς την κολισίνη. Ο δεύτερος απασχολείται με την μεταφορά (translocation) συνεκλέγονατας τον μηχανισμό του κυττάρου-στόχου. Ο τρίτος τομέας επάγει την δημιουργία ενός πόρου στην κυτταρική μεμβράνη ή δρα ως νουκλεάση τεμαχίζοντας το DNA ή RNA του κυττάρου.

Μετάβαση

Οι περισσότερες κολισίνες έχουν την δυνατότητα να διαπερνούν την εξωτερική μεμβράνη μέσω ενός συστήματος δύο υποδοχέων, στο οποίο ο ένας υποδοχέας χρησιμεύει για την εναρκτήρια σύνδεση, ενώ ο δεύτερος για την μετάβαση. Εναρκτικά συνδέονται με υποδοχείς της κυτταρικής επιφάνειας όπως τις πορίνες OmpF, FepA, BtuB, Cir και FhuA. Οι κολισίνες έχουν ταξινομηθεί βάσει των υποδοχέων, με τους οποίους συνδέονται. Για την μετάβαση μέσω της κυτταρικής μεμβράνης απαιτείται η παρουσία χαρακτηριστικών περιπλασματικών πρωτεϊνών, όπως TolA, TolB, TolC, ή TonB. Η κλοασίνη DF13 είναι βακτηριοσίνη που απενεργοποιεί τα ριβοσώματα, καθώς υδρολύει 16S rRNA στην 30S υπομονάδα των ριβοσωμάτων.

Αντοχή

Επειδή οι κολισίνες στοχεύουν σε χαρακτηριστικούς υποδοχείς και έχουν συγκεκριμένο μηχανισμό μετάβασης, τα κύτταρα μπορούν αναπτύξουν αντοχή σε αυτές, καταστέλλοντας ή αφαιρώντας τα γονίδια για την σύνθεση των σχετικών πρωτεϊνών. Τέτοια ανθεκτικά κύτταρα ενδέχεται μεν να υποφέρουν από έλλειψη ενός κλειδικού θρεπτικού συστατικού (όπως σίδηρο ή βιταμίνη Β), επιβιώνουν δε καθώς δεν είναι ευαίσθητα στις κολισίνες. Οι κολισίνες επιδεικνύουν βακτηριοκτόνα δράση «δια ενός κτυπήματος» και μικρός αριθμός μορίων της ουσίας (ενδεχομένως και ένα μόριο) επαρκεί για την λύση του βακτηρίου. Ο Salvador E. Luria, το 1969 στην ομιλία παραλαβής του βραβείου Νόμπελ είκασε ότι οι κολισίνες θα εδύναντο μόνον να είναι τόσο τοξικές, εφόσον προκαλούν μια αλυσιδωτή αντίδραση (domino effect), που αποσταθεροποιεί τις κυτταρικές μεμβράνες. Ο εικασμός δεν απεδείχθη πλήρως ορθός, αλλά οι σχηματίζοντες πόρους κολισίνες πράγματι αποπολώνουν την μεμβράνη και κατά συνέπεια εξουδετερώνουν την πηγή ενέργειας του κυττάρου. Οι κολισίνες είναι πολύ αποτελεσματικές τοξίνες.

Γενετική οργάνωση

Στην ουσία όλες οι κολισίνες κωδικοποιούνται από γονίδια που φέρονται σε πλασμίδια. Υπάρχουν δύο βασικές τάξεις κολισινογενών πλασμιδίων, μεγάλα πλασμίδια μικρού αριθμού αντιγράφων και μικρά πλασμίδια πολλαπλών αντιγράφων. Τα μεγάλα πλασμίδια φέρουν εκτός από το οπερόνιο της κολισίνης και άλλα γονίδια. Οι οπερόνες κολισίνης είναι γενικά οργανωμένες βάσει ποικίλων κυρίων γονιδίων. Αυτά συμπεριλαμβάνουν ένα γονίδιο ανοσοποίησης, το δομικό γονίδιο της κολισίνης και ένα γονίδιο λύσης (γονίδιο πρωτεΐνης απελευθέρωσης βακτηριοσίνης, BRP). To γονίδιο ανοσοποίησης συχνά εκφράζεται συστατικά (constitutive, δηλ. συνεχώς και ανεξάρτητα από το περιβάλλον), ενώ το BRP εκφράζεται μόνον όταν μεταφράζεται σε πρωτεΐνη και το κωδικόνιο λήξης στο δομικό γονίδιο της κολισίνης (λόγω ύπαρξης κατάλληλου αντικωδικονίου). Το δομικό γονίδιο της κολισίνης καταστέλλεται από την SOS-απάντηση (SOS response), ένω ρυθμίζεται ομοίως και με άλλους τρόπους.
Έρευνες δείχνουν ότι η συγκράτηση του πλασμιδίου της κολισίνης είναι πολύ σημαντική για κύτταρα που συμβιώνουν με τα ομοειδή των, καθώς η απώλεια του γονιδίου ανοσοποίησης του πλασμιδίου σύντομα οδηγεί στην καταστροφή λόγω της κυκλοφορούσης κολισίνης. Ταυτόχρονα κολισίνη απελευθερώνεται από ένα παράγων κύτταρο μόνον με την χρήση της πρωτεΐνης της λύσης, γεγονός που συνεπάγεται με την νέκρωση του κυττάρου. Αυτός ο αυτοκαταστροφικός μηχανισμός παραγωγής κολισίνης , θα φαίνονταν βεβαίως δαπανηρός, πλην όμως ρυθμίζεται από την SOS-απάντηση, που ενεργοποιείται σε περίπτωση σημαντικών βλαβών στο DNA. Ενί λόγω, παραγωγή κολισίνης συμβαίνει μόνον σε τελικώς ασθενικά κύτταρα, ενώ απαιτείται περαιτέρω έρευνα σε αυτό το αντικείμενο. Η ερευνητική ομάδα της καθηγήτριας Kleanthous στο πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης μελετά τις κολισίνες εντατικά ως πρότυπο συστήματος για εξευρευνητικές αλληλεπιδράσεις και αλληλαναγωρίσεις πρωτεΐνης-πρωτεΐνης.

Η ελεύθερης πρόσβασης βάση δεδομένων BACTIBASE  περιέχει πληροφορίες για βακτηριοσίνες συμπεριλαμβανομένων των κολισινών. (βλέπε πλήρη κατάλογο)