Domeniul de cercetare

Vizualizare generală a sistemului de secreție bacteriană

Secreția proteică, transportul proteinelor din citoplasmă în alte părți ale celulei, în mediul înconjurător și/sau în alte bacterii sau celule eucariote, este una dintre funcțiile esențiale ale unei celule procariote. Procariotele au dezvoltat o serie de proteine de transport între locații care sunt implicate în mare măsură în ajutorul sistemelor de secreție proteică dedicate. Sistemele de secreție proteică sunt importante pentru creșterea bacteriilor și sunt utile într-o mulțime de procese. S-a constatat că unele sisteme de secreție se regăsesc aproape în toate bacteriile și vor secreta o mare varietate de substraturi, în timp ce altele au fost găsite doar la câteva specii bacteriene și sunt implicate pentru a secreta doar una sau câteva proteine. În anumite cazuri, agenții patogeni bacterieni folosesc aceste sisteme de secreție dedicate pentru a manipula gazda și a-și construi o nișă de replicare. Alteori, aceste sisteme de secreție se vor folosi de o nișă de mediu pentru a ajuta bacteriile să concureze cu microorganismele din apropiere. Există mai multe clase diferite de sisteme de secreție bacteriană, iar modelele lor diferă în funcție de numărul de transmembrane din substratul proteic.

Secreția prin membrana citoplasmatică

Există două căi care sunt sistemele de secreție bacteriană cel mai frecvent utilizate pentru a transporta proteinele prin membrana citoplasmatică: calea secreției generale (Sec) și calea translocației argininei gemene (Tat). Aceste două căi sunt considerate cele mai bine conservate mecanisme de secreție a proteinelor și au fost identificate în toate domeniile vieții (bacterii, archaea și eucariote). La bacterii, căile Sec și Tat există în periplasmă sau în membrana internă și transportă majoritatea proteinelor. Proteinele în stare desfășurată sunt translocate în principal de căile Sec. Acest sistem este alcătuit din trei părți: o componentă de direcționare a proteinei, o proteină motorie și un canal conductor integrat în membrană, care se numește translocaza SecYEG. Spre deosebire de calea Sec, calea Tat secretă în principal proteine pliate. Această cale este importantă deoarece nu toate proteinele pot fi secretate în stare desfășurată.

Secreția de proteine de către bacteriile gram-negative

Un număr de bacterii Gram-negative se bazează pe sisteme de secreție dedicate pentru a transporta proteinele de virulență în afara celulei și, în unele cazuri, direct în citoplasma unei celule țintă eucariote sau procariote. Este o provocare pentru bacteriile Gram-negative să secrete proteine extracelulare, deoarece aceste proteine trebuie să traverseze două sau chiar trei membrane fosfolipidice pentru a ajunge în cele din urmă la destinație. Unele proteine secretate vor traversa aceste membrane în două etape separate, în care sunt mai întâi livrate în periplasmă prin intermediul sistemelor de secreție Sec sau Tat, iar apoi sunt transferate prin membrana externă printr-un al doilea sistem, cunoscut sub numele de secreție proteică dependentă de Sec sau Tat. În plus, un proces cunoscut sub numele de secreție proteică independentă de Sec sau Tat este utilizat pentru a secreta multe alte proteine prin canale care traversează atât membrana bacteriană internă, cât și cea externă. Aceste sisteme din bacteriile Gram-negative sunt numerotate de la tipul I la tipul VI, fiecare sistem susținând un subset specific de proteine. canalele β-baril sunt implicate în aceste în sisteme care formează un inel în membrana externă a celulei bacteriene, dar prezintă o diversitate destul de mare în structurile și funcțiile lor mecaniciste în rest.

Figura 1. Sisteme de secreție la bacteriile Gram-negative

Secreția proteinelor de către bacteriile Gram-pozitive

În contrast cu bacteriile Gram-negative care posedă două membrane fosfolipidice, bacteriile Gram-pozitive conțin un singur bistrat lipidic și sunt acoperite de un perete celular foarte gros care este considerabil mai gros decât cel al bacteriilor Gram-negative. În plus, există unele specii de bacterii Gram-pozitive care conțin un perete celular puternic modificat de lipide, numit micromembrană. Având în vedere aceste diferențe în structura celulară de bază, este evident că mecanismele de secreție a proteinelor extracelulare diferă între bacteriile Gram-pozitive și bacteriile Gram-negative. La fel ca în cazul organismelor Gram-negative, bacteriile Gram-pozitive se bazează atât pe calea Tat, cât și pe calea Sec pentru a transporta proteinele prin membrana citoplasmatică. Cu toate acestea, în cele mai multe cazuri, aceasta nu este suficientă pentru a transporta proteinele la destinație. De asemenea, la fel ca și omologii lor Gram-negativi, proteinele care ajută agenții patogeni Gram-pozitivi să supraviețuiască în timpul infecției unei gazde mamifere sunt exprimate pe suprafețele lor externe. Aceste proteine trebuie să se încorporeze în peretele celular al bacteriei Gram-pozitive pentru a fi reținute pe suprafața externă a bacteriei. Pentru a îndeplini această funcție, bacteriile Gram-pozitive codifică o clasă de enzime, numite sortaze, care fac ca proteinele să se atașeze covalent de peretele celular în urma secreției prin membrana citoplasmatică. Aceste sortaze variază în ceea ce privește specificitatea lor, de exemplu, sortazele „menajere”, SrtA, pot atașa până la 40 de proteine la peretele celular, în timp ce alte sortaze sunt unice pentru doar una sau două proteine.

Figura 2. Sisteme de secreție la bacteriile Gram-pozitive

.