Bakterieutsöndringssystem
Bakterieutsöndringssystem är proteinkomplex som finns på bakteriers cellmembran för utsöndring av substanser . Specifikt är de de cellulära enheterna som används av patogena bakterier för att utsöndra deras virulensfaktorer (främst av proteiner) för att invadera värdcellerna. De kan klassificeras i olika typer baserat på deras specifika struktur, sammansättning och aktivitet. Generellt sett kan proteiner utsöndras genom två olika processer. En process är en enstegsmekanism där proteiner från bakteriers cytoplasma transporteras och levereras direkt genom cellmembranet in i värdcellen. En annan involverar en tvåstegsaktivitet där proteinerna först transporteras ut från det inre cellmembranet, sedan deponeras i periplasman och slutligen genom det yttre cellmembranet in i värdcellen.
Dessa stora skillnader kan särskiljas mellan Gram-negativa diderm-bakterier och Gram-positiva monoderm-bakterier . Men klassificeringen är inte på något sätt tydlig och fullständig. Det finns minst åtta typer specifika för Gram-negativa bakterier, fyra för Gram-positiva bakterier, medan två är gemensamma för båda. Dessutom finns det avsevärd skillnad mellan didermbakterier med lipopolysackarid på yttermembranet (diderm-LPS) och de med mykolsyra (diderm-mykolat).
Exportvägar
Exportvägen är ansvarig för att korsa det inre cellmembranet i diderms, och det enda cellmembranet i monoderms.
Sec system
Den allmänna sekretionen (Sec) innebär utsöndring av oveckade proteiner som först blir kvar inne i cellerna. Hos gramnegativa bakterier skickas det utsöndrade proteinet till antingen det inre membranet eller periplasman. Men hos grampositiva bakterier kan proteinet stanna kvar i cellen eller transporteras mestadels ut ur bakterierna med hjälp av andra sekretionssystem. Bland gramnegativa bakterier Vibrio cholerae , Klebsiella pneumoniae och Yersinia enterocolitica Sec-systemet. Staphylococcus aureus och Listeria monocytogenes är grampositiva bakterier som använder Sec-systemet.
Sec -systemet använder två olika vägar för utsöndring: SecA- och signaligenkänningspartikelvägarna (SRP). SecA är ett ATPase-motorprotein och har många relaterade proteiner inklusive SecD, SecE, SecF, SegG, SecM och SecY. SRP är ett ribonukleoprotein (protein-RNA-komplex) som känner igen och riktar specifika proteiner till det endoplasmatiska retikulumet i eukaryoter och till cellmembranet i prokaryoter. De två vägarna kräver olika molekylära chaperoner och använder i slutändan en proteintransporterande kanal SecYEG för att transportera proteinerna över det inre cellmembranet. I SecA-vägen fungerar SecB som en chaperon som hjälper proteintransporten till periplasman efter fullständig syntes av peptidkedjorna. Medan i SRP-vägen är YidC chaperonen och transporterar proteiner till cellmembranet medan de fortfarande genomgår peptidsyntes.
SecA eller post-translationell väg
Proteiner syntetiseras i ribosomer genom en process för serietillsättning av aminosyror, som kallas translation. I SecA-vägen binder en chaperonetriggerfaktor (TF) först till den exponerade N-terminala signalsekvensen i peptidkedjan. När förlängningen av peptidkedjan fortsätter, ersätts TF med SecB. SecB bibehåller specifikt peptiden i ett ovikt tillstånd och hjälper till med bindningen av SecA. Komplexet kan sedan binda till SecYEG, genom vilket SecA aktiveras genom bindning med ATP. Driven av ATP-energi driver SecA proteinet genom secYEG-kanalen. SecD/F-komplexet hjälper också till att dra proteinet från den andra sidan av cellmembranet.
SRP-väg
I denna väg konkurrerar SRP med TF och binder till den N-terminala signalsekvensen. Proteiner från det inre membranet stoppar processen med kedjeförlängning. SRP binder sedan till en membranreceptor, FtsY. Peptidkedjan-SRP-FtsY-komplexet transporteras sedan till SecY, där peptidförlängningen återupptas.
Tat system
Tvillingarginintranslokationssystemet (Tat) liknar Sec i processen för proteinsekretion, men det skickar proteiner endast i deras vikta (tertiära) tillstånd. Det används av alla typer av bakterier, såväl som arkéer, och kloroplaster och mitokondrier hos växter. I bakterier exporterar Tat-systemet proteiner från cytoplasman över det inre cellmembranet; medan det i kloroplaster finns i tylakoidmembranet där det hjälper till att importera proteiner från stroma. Tat-proteiner är mycket varierande i olika bakterier och klassificeras i tre huvudtyper, nämligen TatA, TatB och TatC. Till exempel, medan det bara finns två funktionella Tat-proteiner i Bacillus subtilis , kan det finnas över hundra i Streptomyces coelicolor . Signalpeptider som kan känna igen Tat-proteinerna kännetecknas av ett konsensusmotiv Ser/Thr-Arg-Arg-X-Phe-Leu-Lys (där X kan vara vilken polär aminosyra som helst). Det är de två på varandra följande argininerna som namnet tvillingarginintranslokation kom från. Ersättning av något av argininet leder till att sekretionen saktar ner eller misslyckas.
Wss/Esx-väg
Wss/Esx ( ESAT-6- system)-vägen kallas ibland ett typ VII-sekretionssystem (T7SS) trots att det är en exportväg. Det finns i grampositiva bakterier (som WSS) och Mycobacteria (som Esx i alla diderm-mycolater) såsom M. tuberculosis , M. bovis , Streptomyces coelicolor och S. aureus . Det kallas även för T7b-systemet hos Bacillus subtilis och S. aureus . Den är sammansatt av två grundläggande komponenter: ett membranbundet hexameriskt ATPas som är medlem av FtsK /SpoIIIE-proteinfamiljen och något av de EsxA/EsxB-relaterade proteinerna som EsaA, EsaD, EsxB, EsxD, såväl som Ess system (EssA, EssB och EsxC finns i S. aureus ). EsxA och EsxB tillhör en superfamilj av WXG100-proteiner som bildar dimera spiralformade hårnålar.
Hos S. aureus utsöndrar T7SS ett stort toxin som kallas EsaD, som är en medlem av nukleasenzymer . EsaD oskadliggöras (avgiftas) under sin biosyntes med hjälp av dess motsvarighet antitoxin EsaG. EsaD-EsaG-komplexet binder sedan med EsaE. EsaE-delen binder till EssC, som är ett enzym ATPas av T7SS-komplexet. Under utsöndringen finns EsaG kvar i cytoplasman, och endast EsaD och EsaE utsöndras tillsammans. Men i vissa stammar av S. aureus produceras inte EsaD, utan två kopior av EsaG-liknande proteiner bildas istället. Detta kan förklara förekomsten av T7SS i icke-patogena arter som B. subtilis och S. coelicolor .
Sekretionssystem
Sekretionssystemen är ansvariga för att korsa det yttre cellmembranet eller båda membranen i diderms. Den nuvarande nomenklaturen gäller endast diderm-LPS, eftersom ingenting är känt om vad diderm-mycolate-bakterier använder för att passera sitt yttre membran.
Typ I
Sekretionssystem av typ I (T1SS eller TOSS) finns i gramnegativa bakterier. Det beror på chaperonaktivitet med Hly- och Tol-proteiner. Systemet aktiveras som en signalsekvens HlyA binder HlyB på cellmembranet. Denna signalsekvens är en ABC-transportör. HlyAB-komplexet aktiverar HlyD som rullas upp och flyttas till det yttre cellmembranet. Terminalsignalen känns igen av TolC i det inre membranet. HlyA utsöndras från det yttre membranet genom en tunnelliknande proteinkanal.
T1SS transporterar olika molekyler inklusive joner, kolhydrater, läkemedel, proteiner. De utsöndrade molekylerna varierar i storlek från den lilla Escherichia coli -peptiden colicin V, som är 10 kDa, till Pseudomonas fluorescens- celladhesionsproteinet LapA, som är 520 kDa. Bland de mest välkända molekylerna är RTX-toxiner och lipasenzymer.
Typ II
Typ II (T2SS) sekretionssystem beror på Sec- eller Tat-systemet för initial sekretion inuti bakteriecellen. Från periplasman utsöndras proteiner från de yttre membransekretinerna. Sekretiner är multimera (12–14 subenheter) komplex av porbildande proteiner. Sekretin stöds av 10–15 andra inre och yttre membranproteiner för att utgöra den kompletta sekretionsapparaten.
Typ III
Typ III-sekretionssystem (T3SS eller TTSS) är strukturellt likt och relaterat till basalkroppen av bakteriella flageller . Ses i några av de mest virulenta gramnegativa bakterierna som Salmonella , Shigella , Yersinia , Vibrio , och används för att injicera giftiga proteiner i eukaryota celler. Strukturen hos T3SS beskrivs ofta som en injektisom eller nål-/sprutliknande apparat. Upptäckt i Yersinia pestis , fann man att T3SS kan injicera toxiner direkt från den bakteriella cytoplasman i cytoplasman i dess värdceller.
Typ IV
Typ IV-sekretionssystem (T4SS eller TFSS) är relaterat till bakteriellt konjugationssystem , genom vilket olika bakterier kan utbyta sina DNA. De deltagande bakterierna kan vara av samma eller olika gramnegativa bakteriearter. Den kan transportera enskilda proteiner, såväl som protein-protein- och DNA-proteinkomplex. Sekret överförs direkt från mottagarcellen genom cellmembranen. Agrobacterium tumefaciens , från vilken den ursprungligen upptäcktes, använder detta system för att skicka T-DNA-delen av Ti-plasmiden in i växtceller, i vilka en krongalla (tumör) produceras som ett resultat. Helicobacter pylori använder den för att leverera CagA till magepitelceller för att inducera magcancer. Bordetella pertussis , den orsakande bakterien för kikhosta, utsöndrar sitt kikhostegift delvis genom T4SS. Legionella pneumophila som orsakar legionella (legionärssjuka) har en T4SS som kallas icm/dot ( i ntra c ellulär multiplikation / defekt i organellt rafficerande gener ) som transporterar många bakteriella proteiner in i dess eukaryota värd. På senare tid har det visats att fytopatogenen Xanthomonas citri använder sin T4SS för att utsöndra effektorer som är dödliga för andra bakteriearter, vilket placerar detta system som en viktig konditionsbestämningsfaktor för bakteriekonkurrens mellan arter. Det prototypiska utsöndringssystemet av typ IVA är VirB-komplexet av Agrobacterium tumefaciens .
Typ V
Sekretionssystem av typ V (T5SS) skiljer sig från andra sekretionssystem genom att de utsöndrar sig själva och endast involverar det yttre cellmembranet. För att utsöndrat protein ska passera genom det inre cellmembranet beror T5SS på Sec-systemet. De har en β-fatdomän, som sätts in i det yttre cellmembranet och bildar en kanal som kan transportera utsöndrat protein tillsammans med det. För denna aktivitet kallas de även för autotransportersystem. När de utsöndrade proteinerna exponeras utanför, skärs autotransportörerna av (klyvs), vilket frigör proteinet från β-fatdomänen. Ett exempel på autotransporter är Trimeric Autotransporter Adhesins .
Typ VI
Sekretionssystem av typ VI (T6SS) upptäcktes av teamet av John Mekalanos vid Harvard Medical School 2006 från Vibrio cholerae och Pseudomonas aeruginosa . De kändes igen när mutationer i Vibrio Cholerae Hcp och VrgG orsakade minskad virulens och patogenicitet. Förutom sin klassiska roll som patogenicitetsfaktor, är T6SS också involverade i försvaret mot enkla eukaryota rovdjur och i interaktioner mellan bakterier. Genen för T6SS bildar ett genkluster som består av mer än 15 gener. Hcp- och VgrG- gener är de mest universella generna. Strukturell likhet mellan T6SS och svansspiken hos T4-fagen tyder på att infektionsprocessen liknar den hos fagen.
Typ VII
T7SS för diderm-LPS-bakterier är chaperone-usher pathway (CUP).
Typ VIII
T8SS för diderm-LPS-bakterier är den extracellulära kärnbildningsutfällningsvägen (ENP).
Typ IX
Sekretionssystem av typ IX (T9SS) återfinns regelbundet i bakterielinjen Fibrobacteres-Chlorobi-Bacteroidetes , där medlemsarter inkluderar ett yttre membran. Systemet är på olika sätt involverat i en typ av glidande motilitet, i rätt inriktning av vissa virulensfaktorer till cellytan och nedbrytningen av komplex av biopolymerer. T9SS har också varit känt som Por (porfyrinackumulering på cellytan) sekretion, efter den orala patogenen Porphyromonas gingivalis . Minst sexton strukturella komponenter i systemet har beskrivits, inklusive PorU, ett proteinsorterande transpeptidas som tar bort den C-terminala sorteringssignalen från lastproteiner och förmedlar deras bindning istället till lipopolysackarid .