Obszar badawczy

Przegląd systemu wydzielania bakteryjnego

Sekrecja białek, transport białek z cytoplazmy do innych części komórki, środowiska i/lub innych bakterii lub komórek eukariotycznych, jest jedną z istotnych funkcji komórki prokariotycznej. Prokariota wykształciły szereg białek transportuj±cych białka pomiędzy lokalizacjami, które w dużej mierze zaangażowane s± w pomoc dedykowanych systemów sekrecji białek. Systemy sekrecji białek są ważne dla wzrostu bakterii i są przydatne w wielu procesach. Stwierdzono, że niektóre systemy sekrecyjne występują prawie u wszystkich bakterii i będą one wydzielały szeroką gamę substratów, podczas gdy inne zostały znalezione tylko u kilku gatunków bakterii i są zaangażowane w wydzielanie tylko jednego lub kilku białek. W niektórych przypadkach, patogeny bakteryjne używają tych dedykowanych systemów wydzielania do manipulowania gospodarzem i budowania niszy replikacyjnej. W innych przypadkach, systemy wydzielnicze wykorzystują niszę środowiskową, aby pomóc bakteriom w konkurowaniu z pobliskimi mikroorganizmami. Istnieje kilka różnych klas systemów wydzielania bakteryjnego, a ich projekty różnią się w oparciu o liczbę transmembran w substracie białkowym.

Sekrecja przez błonę cytoplazmatyczną

Istnieją dwie ścieżki, które są systemami wydzielania bakteryjnego najczęściej używanymi do transportu białek przez błonę cytoplazmatyczną: sekrecja ogólna (Sec) i podwójna translokacja argininy (Tat). Te dwa szlaki s± uważane za najbardziej konserwowane mechanizmy sekrecji białek i zostały zidentyfikowane we wszystkich domenach życia (bakterie, archaea i eukarie). U bakterii szlaki Sec i Tat występują w peryplazmie lub w błonie wewnętrznej i transportują większość białek. Białka w stanie rozłożonym są transportowane głównie przez szlaki Sec. System ten składa się z trzech czę¶ci: komponentu ukierunkowuj±cego białko, białka motorycznego oraz zintegrowanego z błon± kanału przewodz±cego, który nazywany jest translokaz± SecYEG. W przeciwieństwie do szlaku Sec, szlak Tat wydziela głównie białko pofałdowane. Ścieżka ta jest ważna, ponieważ nie wszystkie białka mogą być wydzielane w stanie rozwiniętym.

Sekrecja białek przez bakterie Gram-ujemne

Dedykowane systemy sekrecyjne są wykorzystywane przez wiele bakterii Gram-ujemnych do transportu białek wirulencji poza komórkę, a w niektórych przypadkach bezpośrednio do cytoplazmy docelowej komórki eukariotycznej lub prokariotycznej. Dla bakterii Gram-ujemnych wydzielanie białek zewnątrzkomórkowych jest wyzwaniem, ponieważ białka te muszą przekroczyć dwie lub nawet trzy błony fosfolipidowe, aby ostatecznie dotrzeć do miejsca przeznaczenia. Niektóre wydzielane białka przekraczają te błony w dwóch oddzielnych etapach, gdzie najpierw są dostarczane do peryplazmy przez systemy sekrecyjne Sec lub Tat, a następnie są przenoszone przez błonę zewnętrzną przez drugi system, znany jako sekrecja białek zależna od Sec lub Tat. Ponadto, proces znany jako Sec- lub Tat-niezależna sekrecja białek jest wykorzystywany do wydzielania wielu innych białek przez kanały, które obejmują zarówno wewnętrzną jak i zewnętrzną błonę bakteryjną. Te systemy u bakterii Gram-ujemnych są ponumerowane od Typu I do Typu VI, z każdym systemem obsługującym specyficzny podzbiór białek. Kanały β-barrelowe są zaangażowane w te systemy, które tworzą pierścień w zewnętrznej błonie komórki bakteryjnej, ale wykazują dość dużą różnorodność w ich strukturach i funkcjach mechanistycznych w innych przypadkach.

Rysunek 1. Systemy sekrecyjne u bakterii Gram-ujemnych

Sekrecja białek przez bakterie Gram-dodatnie

W przeciwieństwie do bakterii Gram-ujemnych, które posiadają dwie błony fosfolipidowe, bakterie Gram-dodatnie zawierają tylko jedną błonę lipidową i są pokryte bardzo grubą ścianą komórkową, która jest znacznie grubsza niż u bakterii Gram-ujemnych. Ponadto, niektóre gatunki bakterii Gram-dodatnich posiadają silnie zmodyfikowaną lipidami ścianę komórkową zwaną mykomembraną. Biorąc pod uwagę te różnice w podstawowej budowie komórki, oczywiste jest, że mechanizmy zewnątrzkomórkowego wydzielania białek różnią się między bakteriami Gram-dodatnimi i Gram-ujemnymi. Podobnie jak w przypadku organizmów Gram-ujemnych, bakterie Gram-dodatnie transportują białka przez błonę cytoplazmatyczną zarówno szlakiem Tat, jak i Sec. Jednak w większości przypadków nie jest to wystarczające, aby dostarczyć białka do miejsca przeznaczenia. Podobnie jak w przypadku patogenów Gram-ujemnych, białka, które pomagają im przetrwać podczas infekcji gospodarza ssaków, ulegają ekspresji na ich powierzchni zewnętrznej. Białka te muszą wbudować się w ścianę komórkową bakterii Gram-dodatnich, aby mogły zostać zatrzymane na powierzchni zewnętrznej bakterii. Aby osiągnąć tę funkcję, bakterie Gram-dodatnie kodują klasę enzymów zwanych sortazami, które po wydzieleniu przez błonę cytoplazmatyczną kowalencyjnie przyłączają białka do ściany komórkowej. Sortazy te różnią się specyficznością, na przykład sortaza „domowa”, SrtA, może przyłączać do ściany komórkowej aż 40 białek, podczas gdy inne sortazy są unikalne tylko dla jednego lub dwóch białek.

Rysunek 2. Systemy sekrecyjne u bakterii Gram-dodatnich

.