Holins:蛋白质不同的函数与潜在的生物医学和生物技术的进步

关键字

Holins,细胞分解代谢,endolysin homooligomers

介绍

Holins是守恒的病毒和细胞的蛋白质引起各种效果和服务各种功能(1]。他们最好的学习功能包括细菌细胞溶菌作用,这一过程所使用的双链DNA噬菌体形成开放或紧密密封通道在宿主细菌细胞膜,释放一种自溶素,最终细胞裂解后,释放噬菌体后代(2- - - - - -4]。在一个精确的、高度管制时间在噬菌体的发展过程中,这些疏水膜蛋白质自发oligomerize细菌细胞质膜,形成大,非特异性,跨膜的“空穴”,减少膜电位和释放endolysins在细胞壁肽聚糖水解特定债券(5]。这允许释放完全合成的病毒粒子后病毒增殖的宿主细菌细胞分解代谢细胞后被寄生的噬菌体。

并不是所有的噬菌体holins函数在同一机械的方式。例如,pinholins,如中确定一个人字形噬菌体21日去偏光膜的形成小孔,激活一个信号,调节释放endolysin [6]。Holins形成跨膜孔作为独奏代理商,很少融合或与其他蛋白,功能和漏洞形成homooligomeric跨膜结构变量数量的子单元,根据所需的孔的大小endolysin出口(图1)。此外,这些蛋白质表现出变量数量的跨膜α螺旋段(tms), (1 - 4 tms),这取决于holin (图2)。一些holins起源于小2和重复经颅磁刺激蛋白质进化期间内部收益率4 TMS大约两倍的蛋白质(7]。人们认为孔隙增加和消除子单元同时塑造本身在endolysin穿过膜(8,9]。

尽管大量的序列和拓扑多样性,所有holins有氨基端跨膜区域和高度带电c端区域(10]。59序列发散holins家属和假定的holins列表,和这些家庭22集群分成七显然无关的系统组或总科分类的运输分类数据库(TCDB;www.tcdb.org) (11,12]。因此,总科I - VII包括1、5、7、4、2、2和1的家庭,分别和两个总科只有一个家庭包括多个序列发散sub-families(3和6亚科总科我与测试旋塞1. e.11(家庭),七世与测试旋塞1. e.36(家庭),分别为(7]。

Holins已确定在众多自由生活和致病性细菌物种。其中包括许多类群的成员包括变形菌门、厚壁菌门、螺旋体、拟杆菌、放线菌,Chloroflexi,蓝藻、耐放射/栖热菌属,Fusobacteria, Planctomycetes, Tenericutes, Thermatogae Verrucomicrobia [8),最好的特点源于变形菌门和厚壁菌门。致病性细菌物种如发现Lepto-spira类的哺乳动物(和他们的噬菌体)的(13),芽孢杆菌(14],[梭状芽胞杆菌15),葡萄球菌(16)和链球菌(17)通常是有效的抗菌药物。这些holins变化从一个四经颅磁刺激和大小大致与tms的数量(见成正比图2)[8]。已经指出,holins很少融合其他蛋白质领域,表明它们形成跨膜孔homooligomers没有参与其他蛋白质或蛋白质域(8]。这个结论已经建立的几个最合适holins。

Holins不仅发现噬菌体基因组中编码;他们也编码由细菌、古细菌和真核基因(1]。摩尔庄园和Reddy回顾了各种功能明显,这些蛋白质(1]。这些功能包括1)在细胞间的基因转移,2)生物膜的形成,3孢子形态发生,(4]DNA释放[5)毒素出口(6)程序性细胞死亡,7)氧化应激的适应,8可能,乙酸代谢的控制。其中的一些功能,如细胞程序性死亡,可能被传送到真核生物。看到摩尔庄园和Reddy, 2015年引用原始研究的文章描述holins和潜在的角色在这些细胞过程相关的蛋白质。

噬菌体和细菌细胞holins已报告对异构病原体产生抗菌活性(16,18- - - - - -20.)以及抗病毒活性(21]。Holins独自一人,没有endolysins,妥协细胞膜但无法破坏细胞壁。因此,肽聚糖破坏,由holin-exported endolysin,对于完整的细胞溶菌作用是必要的。

额外的蛋白质,称为spanins (图1),有必要在osmotically稳定环境中细胞溶菌作用[22,23]。大肠杆菌细胞感染没有endolysinλ噬菌体基因不溶解,但是细胞失去膜电位和呼吸的能力;他们成为“漏水”通常impermeant分子(24]。holin-like蛋白质,Tmp 1,据报道有抑菌和膜伤害属性(25]。Tmp 1破坏细胞膜的能力与它的n端疏水跨膜域,典型的holins [25]。这样的研究提供了强有力的证据表明holin-mediated破坏细胞膜,单独或连同自溶素和spanins,可以用来引起抗菌和抑菌效果,作为替代抗生素的使用(26]。

联合使用holins和endolysins可能是一个有效的策略来治疗感染和防止细菌对抗生素的耐药性。常见的噬菌体(27],virophage [28),真菌噬菌体(29日],zymophages [30.和噬藻体31日)提供成功的和有前途的替代疗法对感染由细菌引起的。他们也可以在食品安全函数对真菌感染,防止人畜共患传染病和电阻是用来保护我们的水生环境32,33]。

holins总结,有或没有他们的同伴自溶素和spanins,提供有用的功能需要细菌细胞和大量的成功传播病毒细菌宿主。他们另外有巨大的潜力在对抗细菌耐药性和宝贵的生物技术发展的进步(1]。我们可能会发现许多附加功能和使用这些蛋白质作为进一步研究这些神奇的蛋白质的进步

引用

1. 摩尔庄园MH J, Reddy提单。Holins细菌,真核生物,和古生菌:多功能xenologues与潜在的生物技术和生物医学应用。J Bacteriol。2015; 197:7-17。
2. 布拉西U和年轻r .两个开始一个目的:在dual-start holins噬菌体裂解的规定。摩尔Microbiol。1996;21日:675 - 682。
3. 年轻的R和布拉西Holins:噬菌体溶菌作用的形式和功能。《。1995;启17:191 - 205。
4. 年轻的r .噬菌体裂解:机制和监管。Microbiol启56:430 1992;481年。
5. 王,et al . Holins:蛋白质噬菌体感染的时钟。为Microbiol。1994; 54:799 - 825。
6. 公园T, et al .人字形的pinholin噬菌体21:控制溶解的膜去极化。J Bacteriol。2007; 189:9135 - 9139。
7. 摩尔庄园MH Jr .拓扑Reddy提单和系统发育分析细菌holin家庭和总科。Biochim Biophys学报。2013;1828:2654 - 2671。
8. Kuppusamykrishnan H, et al . 58家庭Holins使用一种新型的分析程序,PhyST。J摩尔生物科技Microbiol》。2016;26日:381 - 388。
9. 王,吃。分级holin病变endolysin-beta-galactosidase融合。J Bacteriol。2003; 185:779 - 787。
10. 桑德伯格K, et al .纹状体的胆碱能损伤削弱收购和保留的被动回避反应。Behav > 1954; 98:162 - 165。
11. 摩尔庄园MH, et al。运输分类数据库:最新进展。核酸研究》2009年;37:d274 - 278。
12. 摩尔庄园MH, et al . TCDB:运输车为膜运输蛋白分析和信息分类数据库。核酸研究》2006;34:d181 - 186。
13. Buyuktimkin B和摩尔庄园MH。比较分析的交通工具在钩端螺旋体物种的基因组蛋白质编码。活细胞Pathog。2016; 98:118 - 131。
14. 香港M和Ryu s .噬菌体PBC1及其endolysin作为抗菌剂对蜡样芽胞杆菌。:环境Microbiol。2015;81:2274 - 2283。
15. Govind R, Fitzwater L,尼科尔斯R . 2015。观察的角色TcdE亚型在艰难梭状芽胞杆菌毒素分泌。J Bacteriol。197:2600 - 2609。
16. 夏歌J, F,江H,李X,胡锦涛L,龚P, et al . 2016。识别和描述HolGH15:金黄色葡萄球菌噬菌体的holin GH15。创性研究。97:1272 - 1281。
17. 加西亚P,马丁AC,洛佩兹r . 1997。肺炎链球菌噬菌体:分子的方法。活细胞药物抵抗。3:165 - 176。
18. 罗奇博士,多诺万DM。2015。抗菌bacteriophage-derived蛋白质和治疗应用。噬菌体。5:e1062590。
19. Jonczyk-Matysiak E, et al。可能对炭疽杆菌和其他b .使用噬菌体活跃的昙花,小组成员在面对一个生物恐怖主义的威胁。生物医学Res 2014:735413 Int。
20. Hraiech年代,埃塔。Bacteriophage-based治疗囊性fibrosis-associated铜绿假单胞菌感染:基本原理和现状。药物洗脱支架重击。2015;9:3653 - 3663。
21. Bakhshinejad B和Sadeghizadeh m .噬菌体和他们的应用程序在乙型肝炎病毒感染的诊断和治疗。世界杂志。2014;20:11671 - 11683。
22. 年轻的r .噬菌体裂解:三个步骤,三个选择,一个结果。J Microbiol。2014; 52:243 - 258。
23. 年轻的r .噬菌体裂解:我们有洞的故事吗?当今Microbiol 16:790 2013; 797年。
24. 年轻的r .噬菌体holins:致命的多样性。生物科技J摩尔Microbiol》。2002; 4:21-36。
25. Rajesh T, et al .功能描述的新holin-like抗菌蛋白编码基因tmp1 metagenome从山羊皮肤表面。生物科技:Microbiol》。2011; 89:1061 - 1073。
26. Sharma m .裂解性噬菌体:潜在的干预措施对肠道致病菌产生。噬菌体。2013;3:e25518。
27. Hatfull GF和亨德里克斯RW。噬菌体基因组。当今微生物学报。2011;1:298 - 303。
28. Koonin EV和Krupovic m . Polintons virophage transpovirons:一张连接的网络病毒、转座子和免疫力。当今微生物学报。2017;25:7-15。
29. 金刚砂DL和惠廷顿RJ。评估真菌噬菌体治疗,化疗和免疫接种的鸟型分支杆菌无性系种群的控制权。副结核感染。兽医Microbiol。2004; 104:143 - 155。
30. Lindegren CC。zymophage进展报告。反式N Y科学。1962;24:540 - 566。
31. 内高EB, et al .代谢基因噬藻体基因组:对多样性与进化的影响。基因(巴塞尔)。2016;1:7。
32. Schmelcher M, et al .噬菌体endolysins新型抗菌素。未来Microbiol。2012; 7:1147 - 1171。
33. Cisek AA, et al .噬菌体治疗细菌感染治疗:一百年后发现噬菌体。咕咕叫微。2017;74:277 - 283。