بانک جزوات و مقالات تخصصی و کاربردی ترجمه ® ویژه دروس پزشکی ®

باکتریوسین ها نوعی از پپتیدهای ضد میکروبی سنتز شده ریبوزومی هستند که توسط باکتری‌ها تولید می‌شوند و می‌توانند گونه‌های باکتریایی مرتبط یا غیر مرتبط با باکتری‌های تولید شده را بکشند و یا مهار کنند، اما به خود باکتری‌ها توسط پروتئین‌های ایمنی ویژه آسیب نخواهند رساند. باکتریوسین ها به دلیل ویژگی‌های خاص تنوع زیاد ساختار و عملکرد، منابع طبیعی و پایدار بودن در برابر گرما، به یکی از سلاح‌ها علیه میکروارگانیسم‌ها تبدیل می‌شوند. بسیاری از مطالعات اخیر باکتریوسین ها را برای کاربرد در تکنولوژی غذایی خالص و شناسایی کرده‌اند که هدف آن‌ها گسترش زمان نگهداری مواد غذایی، درمان بیماری‌های پاتوژن و درمان سرطان و حفظ سلامت انسان است. بنابراین باکتریوسین ها ممکن است به یک داروی بالقوه برای جایگزینی آنتی‌بیوتیک‌ها به منظور درمان عوامل بیماری زای مقاوم به چند دارو در آینده تبدیل شوند.

بسیاری از مواد ضد باکتریایی توسط حیوانات، گیاهان، حشرات و باکتری‌ها تولید می‌شوند، مانند پراکسید هیدروژن، اسیده‌ای چرب، اسیده‌ای آلی، اتانول، آنتی‌بیوتیک‌ها و باکتریوسین ها. پپتیدهای ضد میکروبی یا پروتئین‌های تولید شده توسط باکتری‌ها به عنوان باکتریوسین طبقه‌بندی می‌شوند. مواد مغذی فراوان در محیط تولید میکروبی انواع باکتریوسین ها را برای رقابت در فضا و منابع تحریک می‌کنند. باکتریوسین ها فراوان هستند، تنوع زیادی دارند، و ژن‌هایی که پپتیدها یا پروتئین‌های ضد میکروبی سنتز شده به صورت ریبوزومی را کد می‌کنند، که دیگر میکروبیوتای مرتبط (‏طیف محدود)‏یا غیر مرتبط (‏طیف گسترده)‏را به عنوان یکی از سلاح‌های سیستم دفاعی ذاتی باکتری‌ها می‌کشند

بیش از ۹۹ % باکتری‌ها می‌توانند حداقل یک باکتریوسین تولید کنند که بیشتر آن‌ها شناسایی نشده اند. توانایی کشتن باکتریوسین ها یک استراتژی موفق برای حفظ جمعیت و کاهش تعداد رقبا برای به دست آوردن مواد مغذی بیشتر و فضای زندگی در محیط است. برخلاف بیشتر آنتی‌بیوتیک‌ها که متابولیت های ثانویه هستند، باکتریوسین ها به طور ریبوزومی سنتز شده و به پروتئازها حساس هستند در حالی که به طور کلی برای بدن انسان و محیط اطراف آن مضر هستند. ​

جامعه مدرن بیشتر از اهمیت ایمنی مواد غذایی آگاه است، زیرا بسیاری از افزودنی‌های شیمیایی مورد استفاده در مواد غذایی ممکن است موجب نگرانی سمی شوند؛ بنابراین ادعای منابع طبیعی و فواید بهداشتی رژیم غذایی مفید است. فواید سلامتی غذاهای طبیعی بدون افزودنی‌های شیمیایی محبوب‌تر شده‌است. با این حال اکثر نگهدارنده‌ها و آنتی‌بیوتیک‌ها که به صورت تجاری در دسترس هستند، از طریق سنتز شیمیایی تولید می‌شوند و مصرف طولانی‌مدت آن‌ها می‌تواند سلامت انسان را تحت‌تاثیر قرار دهد، زیرا تعداد باکتری‌ها در روده را کاهش می‌دهد. علاوه بر این، استفاده از آنتی‌بیوتیک‌ها و یا باقی مانده‌های غذا غیر قانونی است. بر خلاف نگهدارنده‌های شیمیایی و آنتی‌بیوتیک‌ها، باکتریوسین های "به طور کلی ایمن" (GRAS) مانند نیسین، وعده استفاده ایمن به عنوان نگهدارنده غذا در سبزیجات، لبنیات، پنیر، گوشت و دیگر محصولات غذایی را می‌دهند چون آن‌ها آلودگی میکروارگانیسم‌ها را در طول فرآیند تولید مهار می‌کنند.

باکتریوسین های حاصل از باکتری‌های گرم منفی

کلی سین Colicins

کولیسین‌ها پروتئین‌های ضد باکتریایی هستند که توسط باکتری‌ها تولید می‌شوند و می‌توانند سویه‌های باکتریایی مرتبط با گونه‌های تولید شده را بکشند تا رقبای محیطی را برای کسب مواد غذایی و فضای زندگی کاهش دهند. کولیسین‌ها در سه حوزه خاص، یک حوزه انتقال آمینوترمینال (‏T)‏، که در انتقال در طول غشای خارجی از طریق پروتئین ترانس لوکاتور دخیل است، سازماندهی می‌شوند. یک ناحیه گیرنده مرکزی (‏R)‏که با یک گیرنده خارجی باکتریایی متصل می‌شود؛ و یک دامنه سیتوتوکسیک انتهای کربوکسیل (‏C)‏که فعالیت ضد باکتریایی دارد.

شکل ۱: باکتریوسین ها عنوان یک سیستم سلاح ایمنی باکتریایی طبیعی عمل می‌کنند. گرم مثبت و گرم منفی می‌توانند بسیاری از انواع باکتریوسین ها را تولید کنند که به باکتری‌های تولید کننده باکتریوسین این امکان را می‌دهد که توانایی مهار رشد باکتری‌های حساس را داشته باشند. (‏A)‏فرآیند عمومی تولید باکتریوسین ها و فعالیت‌های ضد باکتریایی. باکتری‌ها پروتئین‌ها یا پپتیدهای سنتز شده توسط ریبوزومال هستند. وقتی توسط باکتری‌های تولید کننده باکتریوسین آزاد می‌شود، می‌تواند با گیرنده مربوطه در سطح باکتری‌های حساس ترکیب شود تا باکتری‌ها را از بین ببرد. مکانیزم‌های حساس باکتریسیدال شامل نوع تشکیل حفره، نوع نوکلئاز با عملکرد DNase و RNase، و نوع پپتیدوگلیکاناز و غیره است. ساختار یک پپتید باکتریوسین تغییر نیافته با وزن مولکولی کوچک، ساب تیلیسین A (‏PDB ۱ PXQ)‏است. ساختار پپتید باکتریوسین تغییر یافته با وزن مولکولی کوچک باکتریوسین AS - ۴۸ (‏cord ۱ O۸۳ PDB)‏و ساختار پروتئین کولیسین، کولیسین Ia (‏cord ۱ CII PDB)‏است. این نمودارهای ساختاری از وب سایت بانک داده‌های پروتئینی (‏PDB)‏(‏B)‏گرفته شده‌اند. وقتی سویه‌های تولید کننده باکتریوسین بر روی آگار soft LB باکتری حساس رشد می‌کنند، یک هاله بازدارندگی در اطراف سویه‌های تولید کننده باکتریوسین (‏کلونی درست)‏تولید خواهد شد. (‏B)‏هنگامی که سویه‌های تولید کننده باکتریوسین بر روی آگار نرم LB باکتری حساس رشد می‌کنند، یک هاله بازدارندگی در اطراف سویه‌های تولید کننده باکتریوسین (‏کلونی درست)‏تولید خواهد شد. با این حال، یک هاله عدم رشد در اطراف سویه‌های غیر تولید کننده باکتریوسین (‏کلونی چپ)‏وجود دارد. ​

به منظور جلوگیری از مسمومیت با کولیسین‌های خودساخته، پروتئین‌های ایمنی اختصاصی به طور همزمان برای غیر فعال کردن کولیسین‌ها تولید خواهند شد. وقتی یک سطح غشا خارجی باکتریایی دارای پروتئین گیرنده کولیسین و سیستم پروتئینی ترانسکلولاتور است، کولیسین ها به باکتری منتقل می‌شوند که آن را می‌کشد و به عنوان سویه‌های حساس شناخته می‌شوند. برای یک کولیسین خاص،پروتئین غیر گیرنده باکتری‌ها به عنوان گونه‌های مقاوم طبقه‌بندی می‌شوند. باکتری‌های با کمبود سیستم پروتئینی ترانسکلولاتور به عنوان سویه‌های مقاوم طبقه‌بندی می‌شوند که پروتئین‌های ایمنی تولید می‌کنند و به عنوان سویه‌های ایمنی طبقه‌بندی می‌شوند. سویه‌های مقاوم، تحمل کننده و ایمن باکتری‌ها به وسیله کولیسین‌های مربوطه کشته نمی‌شوند. کولیسین های زیادی به صورت متوالی یافت می‌شوند که بیشتر آن‌ها بر روی پلاسمیدها کد گذاری می‌شوند در حالی که تعداد کمی در کروموزوم‌ها قرار دارند. یک خوشه معمول از ژن کولیسین، پروتئین سم، پروتئین ایمنی و ژن لیز کننده را کد می‌کند. پروتئین لیز کننده که به عنوان پروتئین آزاد کننده باکتریوسین (‏BRP)‏شناخته می‌شود، می‌تواند باعث آزاد شدن کولیسین ها از باکتری شود. ​

با توجه به انتقال در سراسر سیستم غشای خارجی (‏ترانسلاتور)‏، کولیسین‌ها به دو گروه طبقه‌بندی می‌شوند: گروه A و B (‏جدول 1)‏. گروه A از سیستم پروتئین Tol (‏سیستم Tol)‏برای نفوذ به غشای خارجی باکتری‌های حساس استفاده می‌کند، برای مثال: کولیسین‌های E۱ تا E۹، کولیسین A، K، N… باکتریوسین های گروه B از سیستم تئون (‏سیستم Ton)‏برای نفوذ به غشای خارجی باکتری‌های حساس استفاده می‌کنند، برای مثال: کولیسین ۵، ۱۰، B، D، M، V، Ia، Ib. .. به طور کلی، گروه A بر روی پلاسمیدهای کوچک با یک ژن لیز کننده کد گذاری می‌شوند و می‌توانند از باکتری آزاد شوند، در حالی که گروه B بر روی پلاسمیدهای بزرگ بدون یک ژن لیز کننده کد گذاری می‌شوند.​​

وقتی کولیسین‌ها وارد سلول هدف می‌شوند، می‌توانند براساس مکانیزم‌های باکتریسیدال به سه دسته تقسیم شوند: (‏۱)‏کولیسین‌های نوع Pore: تشکیل منافذ یا کانال‌ها در غشای داخلی باعث نشت ترکیبات سیتوپلاسمی، تخریب گرادیان الکتروشیمیایی، از دست دادن یون و مرگ سلول می‌شوند. این ترکیبات شامل کولیسین A، B، E۱، Ia، Ib، K و N؛ (‏۲)‏کولیسین‌های نوع نوکلئاز: کولیسین‌های حاوی DNase، ۱۶ S rRNase، و tRNase برای هضم غیر اختصاصی DNA و RNA باکتری. اینها شامل کولیسین E۲ تا E۹ هستند. (‏۳)‏کولیسین های نوع پپتیدوگلیکاناز: این پروتئین‌ها می‌توانند پیش‌ساز پپتیدوگلیکان را هضم کنند، که منجر به ناتوانی در سنتز پپتیدوگلیکان و مرگ باکتری می‌شود. ​

جدول ۱ | طبقه‌بندی کولیسین‌ها با استفاده از سیستم ترانس - لوکاتورهای مختلف: وابسته به Ton در E.کولی