Forskningsområde

Oversigt over bakteriesekretionssystem

Proteinsekretion, dvs. transport af proteiner fra cytoplasmaet til andre dele af cellen, miljøet og/eller andre bakterier eller eukaryote celler, er en af de essentielle funktioner i en prokaryote celle. Prokaryoter har udviklet en række transporterende proteiner mellem steder, som i høj grad er involveret i hjælp af dedikerede proteinsekretionssystemer. Proteinsekretionssystemer er vigtige for bakteriernes vækst og er nyttige i mange processer. Det er blevet konstateret, at nogle sekretionssystemer findes næsten i alle bakterier, og de vil sekretere en lang række substrater, mens andre kun er fundet i nogle få bakteriearter og kun er involveret i sekretionen af et eller få proteiner. I visse tilfælde bruger bakterielle patogener disse specifikke sekretionssystemer til at manipulere værten og opbygge en replikativ niche. Andre gange vil disse sekretionssystemer gøre brug af en miljømæssig niche for at hjælpe bakterierne med at konkurrere med nærliggende mikroorganismer. Der findes flere forskellige klasser af bakterielle sekretionssystemer, og deres design varierer baseret på antallet af transmembraner i proteinsubstratet.

Sekretion over cytoplasmisk membran

Der er to veje, som er de bakterielle sekretionssystemer, der oftest anvendes til at transportere proteiner over cytoplasmisk membran: den generelle sekretionsvej (Sec) og den dobbelte arginintranslokationsvej (Tat). Disse to veje anses for at være de mest velkonserverede mekanismer til sekretion af proteiner og er blevet identificeret i alle livets domæner (bakterier, arkæer og eukarya). I bakterier findes Sec- og Tat-vejene i periplasmaet eller den indre membran og transporterer de fleste proteiner. Proteiner i ufoldet tilstand transporteres primært af Sec-vejene. Dette system består af tre dele: en komponent til målretning af proteiner, et motorprotein og en membranintegreret ledningskanal, som kaldes SecYEG-translokase. I modsætning til Sec-vejen udskiller Tat-vejen hovedsagelig foldet protein. Denne vej er vigtig, fordi ikke alle proteiner kan sekreteres i udfoldet tilstand.

Proteinsekretion af gramnegative bakterier

En række gramnegative bakterier er afhængige af dedikerede sekretionssystemer til at transportere virulente proteiner uden for cellen og i nogle tilfælde direkte ind i cytoplasmaet i en eukaryote eller prokaryote målcelle. Det er en udfordring for gramnegative bakterier at udskille ekstracellulære proteiner, fordi disse proteiner skal krydse to eller endog tre fosfolipidmembraner for at nå frem til deres bestemmelsessted. Nogle sekreterede proteiner krydser disse membraner i to separate trin, hvor de først leveres til periplasmaet via Sec- eller Tat-sekretionssystemerne og derefter overføres over den ydre membran af et andet system, der er kendt som Sec- eller Tat-afhængig proteinsekretion. Desuden anvendes en proces, der er kendt som Sec- eller Tat-uafhængig proteinsekretion, til at udskille mange andre proteiner gennem kanaler, der spænder over både den indre og den ydre bakteriemembran. Disse systemer i de gramnegative bakterier er nummereret fra type I til type VI, og hvert system understøtter en specifik undergruppe af proteiner. β-barrel-kanaler er involveret i disse i systemer, som danner en ring i bakteriecellens ydre membran, men viser ellers en ret stor diversitet i deres strukturer og mekanistiske funktioner.

Figur 1. Sekretionssystemer hos gramnegative bakterier

Proteinsekretion hos grampositive bakterier

I modsætning til de gramnegative bakterier, som har to fosfolipidmembraner, indeholder grampositive bakterier kun ét lipidbilag og er dækket af en meget tyk cellevæg, som er betydeligt tykkere end hos gramnegative bakterier. Desuden findes der nogle arter af Gram-positive bakterier, som har en cellevæg, der er stærkt modificeret med lipider, og som kaldes en mykomembran. I betragtning af disse forskelle i den grundlæggende cellestruktur er det indlysende, at mekanismerne for sekretion af ekstracellulære proteiner er forskellige mellem grampositive og gramnegative bakterier. I lighed med de Gram-negative organismer er Gram-positive bakterier afhængige af både Tat- og Sec-vejene til at transportere proteiner gennem cytoplasmisk membran. I de fleste tilfælde er det dog ikke tilstrækkeligt til at levere proteinerne til deres bestemmelsessted. I lighed med deres Gram-negative modstykker udtrykkes proteiner, som hjælper Gram-positive patogener med at overleve under infektion af en pattedyrs vært, også på deres ydre overflader. Disse proteiner skal indlejre sig i den Gram-positive bakteries cellevæg for at blive fastholdt på bakteriens ydre overflade. For at opnå denne funktion er Gram-positive bakterier kodet for en klasse af enzymer, kaldet sortaser, som på kovalent vis fastgør proteinerne til cellevæggen efter sekretion gennem cytoplasmamembranen. Disse sortaser varierer i deres specificitet, f.eks. kan “husholdnings”-sortaser, SrtA, knytte op til 40 proteiner til cellevæggen, mens andre sortaser kun er unikke for et eller to proteiner.

Figur 2. Sekretionssystemer i Gram-positive bakterier