<img src="http://e-biotechnologia.pl/obrazki/e_coli.jpg" ALIGN="left" alt="E coli" HSPACE=10 VSPACE=10/> Jedną z bardziej interesujących grup substancji zdolnych do antagonistycznego oddziaływania na szereg drobnoustrojów patogennych stanowią bakteriocyny. Są to antybakteryjne substancje białkowe wytwarzane i wydalane poza komórkę przez liczne drobnoustroje, które działają bakteriobójczo lub bakteriostatycznie na wrażliwe szczepy bakterii. Bakteriocyny to niskocząsteczkowe związki chemiczne zbudowane z prostych peptydów lub kompleksów polipeptydów wykazujące aktywność w stosunku do mikroorganizmów spokrewnionych z producentem danej bakteriocyny. Obecnie wiadomo że związki te wykazują działanie również w stosunku do mikroorganizmów należących do innego rodzaju niż producent, w tym wobec gatunków patogennych takich jak Listeria monocytogenes, Staphylococcus ureus czy Clostridium spp. Bakteriocyny zidentyfikowano ponad 100 lat temu. Pierwszą w pełni scharakteryzowaną antybakteryjną substancją białkową była kolicyna produkowana przez Escherichia coli V wykazująca aktywność toksyczną w stosunku do innej bakterii tego samego gatunku Escherichia coli S. Od tego momentu rozpoczęto intensywne badania nad tymi związkami, które mogą być potencjalnymi biokonserwantami żywności. Według Klaenhammer 99% bakterii wykazuje zdolność do produkcji co najmniej jednej bakteriocyny.

Aktywność biologiczna

Najważniejszą cechą bakteriocyn jest ich aktywność biologiczna. Związki te zdolne są do selektywnego oddziaływania na stan mikrobiologiczny wielu środowisk. Za ich pośrednictwem bakteriocynogenne bakterie oddziałują na inne mikroorganizmy, osłabiając je (działanie bakteriostatyczne) lub niszcząc (działanie bakteriobójcze lub grzybobójcze). Bakteriocyny najczęściej tworzą pory w błonach komórkowych bakterii co w konsekwencji prowadzi do rozproszenia potencjału transmembranowego oraz indukcji wypływu jonów K+, ATP i aminokwasów. Innym mechanizmem działania bakteriocyn jest zdolność do wywołania lizy komórki wrażliwej. Związki te wykazują zdolność do reagowania z kwasami tejchojowymi, lipotejchojowymi lub tejchuronowymi będących składnikami ściany komórkowej bakterii. W wyniku tej interakcji dochodzi do uwolnienia i aktywacji związanych z tymi kwasami enzymów autolitycznych i w konsekwencji do autlizy komórki docelowej. Dodatkowo nizyna czy bakteriocyny lantybiotykowe wykazują aktywność antybakteryjną poprzez zakłócenia biosyntezy ściany komórkowej wrażliwych drobnoustrojów.

Klasyfikacja bakteriocyn produkowanych przez bakterie Gram +

Bakteriocyny możemy zróżnicować po względem struktury chemicznej, masy cząsteczkowej, wrażliwości na działanie enzymów, obecności modyfikowanych aminokwasów jak również mechanizmu działania. Pierwsza klasyfikacja bakteriocyn, wytwarzanych przez bakterie Gram +, która uwzględnia cztery główne klasy tych związków, została opracowana przez Klaenhammera w roku 1993.
Klasa I obejmuje termostabilne policykliczne peptydy – antybiotyki - zawierające nietypowe aminokwasy takie jak lantionina lub 3-metylolantionina.W obrębie tej klasy wyróżniamy dwie podklasy A i B. Lantybiotyki typu A to cząsteczki działające poprzez permeabilizację błony cytoplazmatycznej wrażliwych komórek, natomiast lantybiotyki typu B wykazują zróżnicowane działanie np. zaburzają procesy biosyntezy ściany komórkowej. Najlepiej poznaną bakteriocyną należącą do lantybiotyków jest nizyna.
Do klasy II należą bakteriocyny nielantybiotykowe nie posiadające w swojej budowie lantioniny. Mechanizm działania bakteriocyn należących do II klasy opiera się na tworzeniu porów w ścianie komórkowej organizmów wrażliwych. W obrębie bakteriocyn nielantybiotykowych wyróżniono 4 podklasy. Do klasy IIa zaliczamy pedicynopodobne bakteriocyny o silnej aktywności w stosunku do mikroorganizmów z rodzaju Listeria. Podklasa IIb obejmuje bakteriocyny dipeptydowe takie jak laktokokcyna M czy plantarycyna S. Do podklasy IIc zaliczamy bakteriocyny wydzielane na drodze sekrecji przy udziale białek sec. Przykładem bakteriocyn zaliczanych do tej grupy są diwergicyna A i laktokokcyna 972. Podklasa IId obejmuje bakteriocyny, które odbiegają budową jak również mechanizmem działania i sekrecji od bakteriocyn zaklasyfikowanych do podklas IIa-IIc. Przykładem bakteriocyn należących do tej podklasy są enterocyny L50 (EntL50A i EntL50B), wytwarzane przez Enterococcus faecium L50.
Klasa III obejmuje termolabilne bakteriocyny o dużej masie cząsteczkowej wytwarzane głównie przez drobnoustroje z rodzaju Lactobacillus i Enterococcus. Przykładem związków należących do tej klasy są helwetycyna J i kaseicyna 80.
IV klasę stanowią bakteriocyny, które do uzyskania pełnej aktywności wymagają obecności w cząsteczce części lipidowej lub węglowodanowej. Do tej klasy bakteriocyn zaliczamy glikoproteiny: leukocyna S, laktocyna 27 oraz enterocyna ON-157 jak również lipidoproteiny np. mesenterocyna 52.

Bakteriocyny bakterii Gram -

Kolicyny to substancje białkowe wykazujące aktywność antybakteryjną wobec blisko spokrewnionych szczepów posiadających w swojej budowie receptor wiążący te peptydy i jednocześnie nie wytwarzających białek je inaktywujących. Związki te syntetyzowane są głownie przez Escherichia coli oraz bakterie z rodzaju Shigella i Serratia. Bakteriobójcza aktywność kolicyn wiąże się z formowaniem kanałów jonowych w błonie cytoplazmatycznej komórek wrażliwych.
Druga grupę bakteriocyn produkowanych przez bakterie Gram - z rodziny Enterobacteriaceae stanowią mikrocyty. Biorąc pod uwagę mechanizm działania i zróżnicowaną budowę tych białek, mikrocyny podzielono na dwie klasy. Pierwsza z nich obejmuje małe peptydy, podlegające modyfikacji postranslacyjnej, których mechanizm działania skierowany jest na struktury wewnętrzne drobnoustrojów wrażliwych. Drugą klasę stanowią peptydy o masie cząsteczkowej 7-10 kDa, nie podlegające modyfikacji postranslacyjnej działające na drobnoustroje docelowe poprzez uszkodzenie ich błony komórkowej.

Zastosowanie bakteriocyn w przemyśle spożywczym

W ostatnich latach duże zainteresowanie wzbudza możliwość przedłużania trwałości żywności za pomocą związków wytwarzanych przez drobnoustroje m.in. przez bakteriocyny. Substancje te mają szereg atrakcyjnych właściwości. Są pozbawionymi smaku, zapachu i barwy związkami białkowymi o masie cząsteczkowej od kilku do kilkudziesięciu tysięcy Da, które łatwo dyfundują w struktury produktów żywnościowych. Ponadto w odróżnieniu od wielu chemicznych konserwantów żywności są one całkowicie bezpieczne dla organizmu człowieka. Jednakże aby bakteriocyny mogły pełnić role biokonserwantów wykorzystywanych na skalę przemysłową konieczne jest przeprowadzenie szczegółowych badań tych związków jak również uzyskanie ich legalizacji jako dodatków do żywności. Obecnie jedynie nizyna uzyskała status GRAS (generally recognized as safe) i jest stosowana jako konserwant w przemyśle spożywczym.


Autor: Beata Rola


Literatura:
1) Gwiazdowska D, Trojanowska K., 2005. Bakteriocyny – właściwości i aktywność przeciwdrobnoustrojowa. BIOTECHNOLOGIA, 68:114-130
2) Moll G.N., Konings W.N., Dreiser A.J.M., 1999. Bacteriocins: mechanism of membrane insertion and pore formation. Antonie van Leeuwenhoek, 76: 185-198
3)Hammami R., Zouhir A., Le Lay C., Hamida J., 2010. BACTIBASE second release: a database and tool platform for bacteriocin characterization. BMC Microbiology, 10:1-5
4) Słońska A., Klimuszko D., 2010. Bakteriocyny probiotycznych pałeczek z rodzaju Lactobacillus. Postępy Mikrobiologii, 40:87-96