Nizyna z probówki
Grzegorz Czerwonka | 2006-03-13
Udało się wyprodukować w probówce nizynę – bakteriocynę używaną od ponad 40 lat do konserwacji produktów mlecznych i puszkowanej żywności. Odkryto także strukturę enzymu, który jest zaangażowany w syntezę tego peptydu i który nadaje mu specyficzne właściwości. Odkrycie to pozwala na udoskonalanie i wprowadzenie nowych bakteriocyn o zwiększonej skuteczności działania.
Badania były prowadzone przez zespół naukowców z University of Illinois pod kierownictwem profesorów Wilfreda A. van der Donk’a i Satish Nair’a.
Nizyna jest peptydem zbudowanym z 34 aminokwasów. Wśród nich można znaleźć nietypowe aminokwasy, które normalnie nie występują w białkach np.: lantioninę, dehydroalaninę czy kwas dehydroaminobutylowy powstający w trakcie potranskrypcyjnych modyfikacji białek. Jest bakteriocyną o szerokim spektrum działania obejmującym bakterie gramdodatnie i gramujemne a także grzyby. Nizyna łączy się z fragmentem lipidu II - jednego z ważniejszych składników ściany komórkowej bakterii gramdodatnich.
Struktura kompleksu nizyna - lipid II przypomina klatkę: fragment lipidu II otoczony jest przez cząsteczkę bakteriocyny. To pierwszy etap powstawania porów w ścianie komórkowej bakterii, które w konsekwencji prowadzą do zniszczenia komórki bakteryjnej. Kolejnym możliwym sposobem działania bakteriocyny jest wiązanie się do molekuł niezbędnych bakteriom do wywoływania choroby. Dzięki możliwości oddziaływania z bakteriami w dwojaki sposób nizyna jest bardzo efektywną bakteriocyną, a przy tym ryzyko wywołania oporności na nią jest minimalne.
Naukowcy zsyntetyzowali nizynę w probówce używając enzymu cyklazy w celu odtworzenia procesu, który naturalnie zachodzi w bakteriach mlekowych Lactococcus lactis. Odkryli, że tylko jedno białko NisC wytwarza 10 nowych wiązań w cząsteczce nizyny i jest odpowiedzialne za tworzenie pięciu charakterystycznych pierścieni tioeterowych niezbędnych do aktywności białka.
„Pomimo dobrze rozwiniętych metod syntezy chemicznej nie jesteśmy w stanie wydajnie syntetyzować nizynę w ten sposób. Synteza chemiczna wymaga 67 reakcji, gdy natomiast naturalnie bakterie wykorzystują tylko dwa enzymy. Jednym z nich jest cyklaza, której aktywność zademonstrowaliśmy.” powiedział van der Donk.
Pierścienie tioeterowe nizyny mają różną wielkość od czterech do siedmiu aminokwasów. Są odporne na trawienie proteazami, zapewniając białku znaczną trwałość. Nizyna należy do grupy nazwanej lantybiotykami, w której każdy peptyd jest kandydatem do badań nad stworzeniem doskonalszego leku. Kluczowym etapem jest poznanie dokładnych szlaków biosyntezy stosowanych już bakteriocyn.
Nowe badania pokazują także, że struktura NisC wykazuje pewne podobieństwo do ssaczej transferazy farnezylu. Enzym, który jest niezbędny do prawidłowego działania białka RAS, którego mutacja może powodować raka piersi. Zapobieganie farnezylacji może zahamować rozwój nowotworu.
Źródło: University of Illinois at Urbana-Champaign, PAP
http://www.news.uiuc.edu/news/06/0309nisin.html