Kutatási terület

A bakteriális szekréciós rendszer áttekintése

A fehérjeszekréció, a fehérjéknek a citoplazmából a sejt más részeibe, a környezetbe és/vagy más baktériumokba vagy eukarióta sejtekbe történő szállítása a prokarióta sejtek egyik alapvető funkciója. A prokarióták számos transzportfehérjét fejlesztettek ki a helyek között, amelyek nagyrészt a dedikált fehérje-szekréciós rendszerek segítségével működnek. A fehérje-szekréciós rendszerek fontosak a baktériumok növekedése szempontjából, és számos folyamatban hasznosak. Kiderült, hogy egyes szekréciós rendszerek szinte minden baktériumban megtalálhatóak, és sokféle szubsztrátot választanak ki, míg másokat csak néhány baktériumfajban találtak, és csak egy vagy néhány fehérje kiválasztásában vesznek részt. Bizonyos esetekben a bakteriális kórokozók ezeket a dedikált szekréciós rendszereket arra használják, hogy manipulálják a gazdaszervezetet és replikációs rést alakítsanak ki. Máskor ezek a szekréciós rendszerek arra használják ki a környezeti rést, hogy segítsék a baktériumokat a közeli mikroorganizmusokkal való versengésben. A bakteriális szekréciós rendszereknek több különböző osztálya létezik, és felépítésük a fehérjeszubsztrátum transzmembránjainak száma alapján különbözik.

Szekréció a citoplazmamembránon keresztül

Két útvonal létezik, amelyek a leggyakrabban használt bakteriális szekréciós rendszerek a fehérjék citoplazmamembránon keresztüli szállítására: az általános szekréciós (Sec) és az iker arginin transzlokációs (Tat) útvonal. Ezt a két útvonalat tekintik a fehérjék szekréciójának legkonzerváltabb mechanizmusainak, és az élet minden tartományában (baktériumok, archaea és eukariák) azonosították őket. Baktériumokban a Sec és a Tat útvonalak a periplazmában vagy a belső membránban léteznek, és a legtöbb fehérjét szállítják. A kibontatlan állapotban lévő fehérjéket elsősorban a Sec útvonalak transzlokálják. Ez a rendszer három részből áll: egy fehérjecélzó komponensből, egy motorfehérjéből és egy membránba integrált vezető csatornából, amelyet SecYEG transzlokáznak nevezünk. A Sec-útvonallal ellentétben a Tat-útvonal elsősorban összehajtott fehérjét választ ki. Ez az útvonal azért fontos, mert nem minden fehérje szekretálható kibontott állapotban.

Proteinszekréció gram-negatív baktériumok által

Edzett szekréciós rendszerekre támaszkodik számos gram-negatív baktérium a virulenciafehérjék sejten kívüli, és bizonyos esetekben közvetlenül egy eukarióta vagy prokarióta célsejt citoplazmájába történő szállításához. A Gram-negatív baktériumok számára kihívást jelent az extracelluláris fehérjék szekréciója, mivel ezeknek a fehérjéknek két vagy akár három foszfolipidmembránon is át kell jutniuk ahhoz, hogy végül célba érjenek. Egyes szekretált fehérjék két külön lépésben haladnak át ezeken a membránokon, ahol először a Sec- vagy Tat-szekréciós rendszeren keresztül jutnak el a periplazmába, majd egy második rendszer, az úgynevezett Sec- vagy Tat-függő fehérjeszekréció révén jutnak át a külső membránon. Ezenkívül egy Sec- vagy Tat-független fehérjeszekréció néven ismert folyamat segítségével számos más fehérje is szekretálódik olyan csatornákon keresztül, amelyek mind a belső, mind a külső baktériummembránon átívelnek. Ezeket a rendszereket a Gram-negatív baktériumokban az I-es típustól a VI-os típusig számozzák, és mindegyik rendszer a fehérjék egy meghatározott alcsoportját támogatja. β-csatornák vesznek részt ezekben a rendszerekben, amelyek a baktériumsejt külső membránjában egy gyűrűt alkotnak, de egyébként meglehetősen nagy változatosságot mutatnak szerkezetükben és mechanikai funkcióikban.

1. ábra. A Gram-negatív baktériumok szekréciós rendszerei

A Gram-pozitív baktériumok fehérjeszekréciója

A két foszfolipidmembránnal rendelkező Gram-negatív baktériumokkal ellentétben a Gram-pozitív baktériumok csak egy lipiddupla réteget tartalmaznak, és a Gram-negatív baktériumokénál jóval vastagabb sejtfal borítja őket. Ezenkívül vannak olyan Gram-pozitív baktériumfajok, amelyek lipidekkel erősen módosított sejtfalat, úgynevezett mikomembránt tartalmaznak. Figyelembe véve ezeket az alapvető sejtszerkezeti különbségeket, nyilvánvaló, hogy az extracelluláris fehérjék kiválasztásának mechanizmusai különböznek a Gram-pozitív baktériumok és a Gram-negatív baktériumok között. A Gram-negatív szervezetekhez hasonlóan a Gram-pozitív baktériumok is a Tat és a Sec útvonalakra támaszkodnak a fehérjék citoplazmamembránon keresztüli szállításához. A legtöbb esetben azonban ez nem elegendő a fehérjék célba juttatásához. Gram-negatív társaikhoz hasonlóan a Gram-pozitív kórokozók külső felszínén is kifejeződnek azok a fehérjék, amelyek az emlős gazdaszervezet fertőzése során segítik a túlélést. Ezeknek a fehérjéknek be kell ágyazódniuk a Gram-pozitív baktérium sejtfalába, hogy a baktérium külső felszínén maradjanak. E funkció elérése érdekében a Gram-pozitív baktériumok az enzimek egy osztályát, az úgynevezett szortázokat kódolják, amelyek a citoplazmamembránon keresztüli szekréciót követően kovalensen a sejtfalhoz rögzítik a fehérjéket. Ezek a szortázok eltérő specificitásúak, például a “házvezető” szortázok, az SrtA akár 40 fehérjét is képes a sejtfalhoz rögzíteni, míg más szortázok csak egy vagy két fehérje számára egyediek.

2. ábra. Gram-pozitív baktériumok szekréciós rendszerei