Дрожжи-убийцы
Дрожжи -киллеры – это дрожжи , такие как Saccharomyces cerevisiae , которые способны секретировать один из ряда токсичных белков, смертельных для восприимчивых клеток . [1] Эти «токсины-киллеры» представляют собой полипептиды , которые убивают чувствительные клетки того же или родственного вида, часто функционируя путем создания пор в мембранах клеток- мишеней . Эти дрожжевые клетки невосприимчивы к токсическому воздействию белка благодаря внутреннему иммунитету. [2] Штаммы-киллеры дрожжей могут стать проблемой при коммерческой переработке, поскольку они могут убивать желаемые штаммы. [3] Дрожжевая система-киллер была впервые описана в 1963 году. [4] Изучение токсинов-киллеров помогло лучше понять путь секреции дрожжей, который аналогичен пути секреции более сложных эукариот. Его также можно использовать при лечении некоторых заболеваний, в основном вызванных грибками.
Сахаромицеты cerevisiae
[ редактировать ]Лучше всего охарактеризована токсинная система дрожжей ( Saccharomyces cerevisiae ), которые, как было обнаружено, портят пивоварение . В S. cerevisiae имеются токсины, кодируемые вирусом с двухцепочечной РНК , транслируемые в белок-предшественник, расщепляемый и секретируемый за пределы клеток, где они могут воздействовать на восприимчивые дрожжи. есть и другие системы-киллеры У S. cerevisiae , такие как KHR1. [5] и КХС1 [6] гены, кодируемые на хромосомах IX и V соответственно.
РНК-вирус
[ редактировать ]Вирус , LA представляет собой икосаэдрический вирус S. cerevisiae содержащий геномный сегмент размером 4,6 т.п.н. и несколько сателлитных последовательностей двухцепочечной РНК , называемых M dsRNA. Геномный сегмент кодирует белок вирусной оболочки и белок, который реплицирует вирусные геномы. [7] М-дсРНК кодируют токсин, которого у S. cerevisiae существует как минимум три варианта . [2] [8] и многие другие варианты всех видов. [1] [9]
Вирус LA использует хромосомные гены дрожжевого комплекса Ski (суперкиллер) и MAK (поддержание киллера) для своего сохранения в клетке. Вирус не попадает в окружающую среду. Он распространяется между клетками во время спаривания дрожжей . [8] Семейство Totiviridae в целом помогает дцРНК М-типа у самых разных дрожжей. [10]
Токсины
[ редактировать ]
Исходный белковый продукт трансляции M dsRNA называется препротоксином, который нацелен на секреторный путь дрожжей . Препротоксин обрабатывается и расщепляется с образованием димера α/β , который является активной формой токсина, и высвобождается в окружающую среду. [2] [11]
Двумя наиболее изученными вариантами токсинов S. cerevisiae являются K1 и K28. Существует множество, казалось бы, неродственных M dsRNA, единственное их сходство заключается в их геноме и организации препротоксина. [10]
K1 связывается с β-1,6-D-глюкана рецептором на клеточной стенке-мишени, перемещается внутрь, а затем связывается с рецептором плазматической мембраны Kre1p. катион-селективный ионный канал , который смертелен для клетки. Он образует в мембране [11] [12]
K28 использует рецептор α-1,6-маннопротеина для проникновения в клетку и использует секреторный путь в обратном направлении, отображая сигнал HDEL эндоплазматического ретикулума . Из ЭР K28 перемещается в цитоплазму и останавливает синтез ДНК в ядре, запуская апоптоз . [13] [14]
Иммунитет
[ редактировать ]Сести, Ши, Николаева и Гольдштейн (2001) заявили, что K1 ингибирует мембранный калиевый канал TOK1 перед секрецией, и хотя токсин повторно проникает через клеточную стенку, он не может повторно активировать TOK1. [15] Однако Брейниг, Типпер и Шмитт (2002) показали, что канал TOK1 не является первичным рецептором K1 и что ингибирование TOK1 не обеспечивает иммунитет. [12] Валиш, Машек, Новотна, Поспишек и Яндерова (2006) экспериментировали с мутантами, которые продуцируют K1, но не имеют к нему иммунитета, и предположили, что рецепторы клеточных мембран деградируют на пути секреции иммунных клеток, по-видимому, из-за действия необработанных α-цепи. [16] [17]
Breinig, Sendzik, Eisfeld and Schmitt (2006) показали, что токсин K28 нейтрализуется в экспрессирующих токсин клетках с помощью α-цепи в цитозоле, которая еще не полностью процессирована и все еще содержит часть γ-цепи, прикрепленной к C-концу. Нерасщепленная α-цепь нейтрализует токсин К28, образуя с ним комплекс. [2]
Клюйверомицес лактис
[ редактировать ]Киллерные свойства Kluyveromyces Lactis связаны с линейными ДНК- плазмидами , которые имеют на своих 5'-концах ассоциированные белки, которые позволяют им реплицировать себя аналогично аденовирусам . Это пример прайминга белка при репликации ДНК . Гены МАК неизвестны. Токсин состоит из трех субъединиц, которые созревают в комплексе Гольджи под действием сигнальной пептидазы и гликозилируются .
Механизм действия, по-видимому, заключается в ингибировании аденилатциклазы в чувствительных клетках. Пораженные клетки задерживаются в фазе G1 и теряют жизнеспособность.
Другие дрожжи
[ редактировать ]У других дрожжей обнаружены и другие токсинные системы:
- Пичия и Виллиопсис
- Хансениаспора винограда
- Зигосахаромицеты байлии
- Ustilago maydis : головневой гриб , продуцирующий семейства Kp4 . грибковые токсины-киллеры
- Дебаромицеты hansenii
Использование токсинов
[ редактировать ]Восприимчивость к токсинам сильно варьируется в зависимости от вида и штамма дрожжей. В нескольких экспериментах это использовалось для надежной идентификации штаммов. Морас, Арчибусаччи, Сестито и Полонелли (1984) использовали токсины, вырабатываемые 25 видами дрожжей, для дифференциации 112 патогенных штаммов на основе их чувствительности к каждому токсину. [18] Это было расширено Morace et al . (1989) использовать токсины для дифференциации 58 бактериальных культур. [19] Vaughan-Martini, Cardinali и Martini (1996) использовали 24 штамма дрожжей-киллеров из 13 видов, чтобы найти признаки устойчивости для каждого из 13 штаммов S. cerevisiae , которые использовались в качестве закваски в виноделии. [20] Было показано, что чувствительность к токсинам можно использовать для различения 91 штамма Candida albicans и 223 других штаммов Candida . [21]
Другие экспериментировали с использованием дрожжей-киллеров для борьбы с нежелательными дрожжами. Палпачелли, Чиани и Розини (1991) обнаружили, что Kluyveromyces phaffii эффективен против Kloeckera apiculata , Saccharomycodes ludwigii и Zygosaccharomyces rouxii – все они вызывают проблемы в пищевой промышленности. [22] Полонелли и др. (1994) использовали дрожжи-киллеры для вакцинации против C. albicans . крыс [23] Лоус и др. (2000) создали синтетический ген токсина HMK, обычно продуцируемого Williopsis mrakii , который они вставили в Aspergillus niger и показали, что сконструированный штамм может контролировать аэробную порчу кукурузного силоса и йогурта. [24] Штамм Kluyveromyces phaffii , продуцирующий токсин , для борьбы с игловидными дрожжами в виноделии. [25] Токсин, вырабатываемый Candida nodaensis, эффективно предотвращал порчу сильно соленой пищи дрожжами. [26]
Несколько экспериментов показывают, что антитела, имитирующие биологическую активность токсинов-киллеров, могут применяться в качестве противогрибковых средств. [27]
Из цветков индийских лекарственных растений выделены дрожжи-киллеры и определено действие их киллерного токсина на чувствительные дрожжевые клетки, а также грибковые возбудители. Токсин Saccharomyces cerevisiae и Pichia kluyveri ингибировал Dekkera anomala, накапливающую клетки метиленового синего на агаре с дрожжевым экстрактом и пептон-декстрозой (рН 4,2) при 21°С. В смешанной популяции S. cerevisiae, выделенной из Acalypha indica, не наблюдалось ингибирования роста или конкуренции между дрожжевыми клетками. Было обнаружено, что S. cerevisiae и P. kluyveri переносят 50% и 40% глюкозы, тогда как D. anomala переносит 40% глюкозы. И S. cerevisiae, и P. kluyveri не ингибировали рост Aspergillus niger. [28]
Методы контроля
[ редактировать ]Янг и Ягиу (1978) экспериментировали с методами лечения дрожжей-киллеров. Они обнаружили, что использование раствора циклогексимина в концентрации 0,05 частей на миллион эффективно устраняет киллерную активность в одном штамме S. cerevisiae . Инкубация дрожжей при 37 °C устранила активность другого штамма. Эти методы не оказались эффективными для снижения выработки токсинов у других видов дрожжей. [1] Многие токсины чувствительны к уровню pH; например, K1 постоянно инактивируется при уровне pH выше 6,5. [9]
Наибольшим потенциалом для борьбы с дрожжами-киллерами, по-видимому, является добавление вируса LA и дцРНК M или эквивалентного гена в желательные с промышленной точки зрения варианты дрожжей, чтобы они достигали иммунитета к токсину, а также убивали конкурирующие штаммы. [3]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Янг Т.В., Ягиу М. (1978). «Сравнение киллерного характера у разных дрожжей и его классификация». Антони ван Левенгук . 44 (1): 59–77. дои : 10.1007/BF00400077 . ПМИД 655699 . S2CID 20931283 .
- ^ Jump up to: а б с д Брейниг Ф., Сендзик Т., Эйсфельд К., Шмитт М.Дж. (март 2006 г.). «Исследование иммунитета к токсинам у инфицированных вирусом дрожжей-киллеров раскрывает внутреннюю стратегию самозащиты» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (10): 3810–5. Бибкод : 2006PNAS..103.3810B . дои : 10.1073/pnas.0510070103 . ПМЦ 1533781 . ПМИД 16505373 .
- ^ Jump up to: а б Викнер Р.Б. (1986). «Репликация двухцепочечной РНК у дрожжей: система-киллер». Ежегодный обзор биохимии . 55 : 373–95. дои : 10.1146/annurev.bi.55.070186.002105 . ПМИД 3527047 .
- ^ Беван, Э.А. и М. Маковер. (1963). «Физиологическая основа киллерного характера дрожжей». Учеб. XI Межд. Конгресс Жене . 1 :202–203.
- ^ Гото К., Иватуки Ю., Китано К., Обата Т., Хара С. (апрель 1990 г.). «Клонирование и нуклеотидная последовательность гена-киллера KHR Saccharomyces cerevisiae» . Сельскохозяйственная и биологическая химия . 54 (4): 979–84. дои : 10.1271/bbb1961.54.979 . ПМИД 1368554 .
- ^ Гото К., Фукуда Х., Китисе К., Китано К., Хара С. (август 1991 г.). «Клонирование и нуклеотидная последовательность гена-киллера KHS Saccharomyces cerevisiae » . Сельскохозяйственная и биологическая химия . 55 (8): 1953–8. дои : 10.1271/bbb1961.55.1953 . ПМИД 1368726 .
- ^ Рибас Дж.К., Викнер Р.Б. (апрель 1998 г.). «Домен Gag слитого белка Gag-Pol направляет включение в вирусные частицы двухцепочечной РНК LA в Saccharomyces cerevisiae » . Журнал биологической химии . 273 (15): 9306–11. дои : 10.1074/jbc.273.15.9306 . ПМИД 9535925 .
- ^ Jump up to: а б Викнер Р.Б., Тан Дж., Гарднер Н.А., Джонсон Дж.Э. (2008). «Вирус дрожжевой дцРНК LA напоминает ядра вируса дцРНК млекопитающих» . В Паттоне Дж.Т. (ред.). Вирусы с сегментированной двухцепочечной РНК: структура и молекулярная биология . Кайстер Академик Пресс. п. 105. ИСБН 978-1-904455-21-9 . Архивировано из оригинала 01 февраля 2022 г. Проверено 1 февраля 2022 г.
- ^ Jump up to: а б Типпер-ди-джей, Бостиан К.А. (июнь 1984 г.). «Двухцепочечные системы-киллеры рибонуклеиновой кислоты в дрожжах» . Микробиологические обзоры . 48 (2): 125–56. дои : 10.1128/ММБР.48.2.125-156.1984 . ПМК 373216 . ПМИД 6377033 .
- ^ Jump up to: а б Рамирес, М; Веласкес, Р; Лопес-Пиньейро, А; Наранхо, Б; Ройг, Ф; Льоренс, К. (19 сентября 2017 г.). «Новый взгляд на организацию генома вирусов-киллеров дрожжей на основе «атипичных» штаммов-киллеров, характеризующихся высокопроизводительным секвенированием» . Токсины . 9 (9): 292. doi : 10.3390/toxins9090292 . ПМК 5618225 . ПМИД 28925975 .
- ^ Jump up to: а б Бусси Х. (октябрь 1991 г.). «Киллер-токсин K1, порообразующий белок дрожжей». Молекулярная микробиология . 5 (10): 2339–43. дои : 10.1111/j.1365-2958.1991.tb02079.x . ПМИД 1724277 . S2CID 35664912 .
- ^ Jump up to: а б Брейниг Ф., Типпер DJ, Шмитт MJ (февраль 2002 г.). «Kre1p, рецептор плазматической мембраны дрожжевого вирусного токсина K1» . Клетка . 108 (3): 395–405. дои : 10.1016/S0092-8674(02)00634-7 . ПМИД 11853673 . S2CID 16889563 .
- ^ Райтер Дж., Херкер Э., Мадео Ф., Шмитт М.Дж. (январь 2005 г.). «Вирусные киллерные токсины вызывают каспазо-опосредованный апоптоз у дрожжей» . Журнал клеточной биологии . 168 (3): 353–8. дои : 10.1083/jcb.200408071 . ПМК 2171720 . ПМИД 15668299 .
- ^ Эйсфельд К., Риффер Ф., Ментжес Дж., Шмитт М.Дж. (август 2000 г.). «Эндоцитотическое поглощение и ретроградный транспорт кодируемого вирусом токсина-киллера в дрожжах» . Молекулярная микробиология . 37 (4): 926–40. дои : 10.1046/j.1365-2958.2000.02063.x . ПМИД 10972812 .
- ^ Сести Ф., Ши Т.М., Николаева Н., Гольдштейн С.А. (июнь 2001 г.). «Иммунитет к киллерному токсину К1: внутренняя блокада ТОК1» . Клетка . 105 (5): 637–44. дои : 10.1016/S0092-8674(01)00376-2 . ПМИД 11389833 . S2CID 16673130 .
- ^ Валис К, Масек Т, Новотна Д, Посписек М, Джандерова Б (2006). «Иммунитет к киллерному токсину K1 связан с путем деградации белка Гольджи в вакуоль». Фолиа микробиологическая . 51 (3): 196–202. дои : 10.1007/BF02932122 . ПМИД 17004650 . S2CID 22496847 .
- ^ Стерли С.Л., Эллиот К., ЛеВитр Дж., Типпер DJ, Бостиан К.А. (декабрь 1986 г.). «Картирование функциональных доменов препротоксина-киллера Saccharomyces cerevisiae типа 1» . Журнал ЭМБО . 5 (12): 3381–9. дои : 10.1002/j.1460-2075.1986.tb04654.x . ПМЦ 1167337 . ПМИД 3545818 .
- ^ Морас Г., Арчибусаччи С., Сестито М., Полонелли Л. (февраль 1984 г.). «Дифференциация штаммов патогенных дрожжей по киллерной системе». Микопатология . 84 (2–3): 81–5. дои : 10.1007/BF00436517 . ПМИД 6371541 . S2CID 27061681 .
- ^ Морас Г., Манзара С., Деттори Г., Фанти Ф., Конти С., Кампани Л. и др. (сентябрь 1989 г.). «Биотипирование бактериальных изолятов с использованием системы киллеров дрожжей». Европейский журнал эпидемиологии . 5 (3): 303–10. дои : 10.1007/BF00144830 . ПМИД 2676582 . S2CID 30871936 .
- ^ Воган-Мартини А., Кардинали Дж., Мартини А. (август 1996 г.). «Дифференциальная чувствительность к киллерам как инструмент для дактилоскопирования штаммов винных дрожжей Saccharomyces cerevisiae » . Журнал промышленной микробиологии . 17 (2): 124–7. дои : 10.1007/BF01570055 . ПМИД 8987896 . S2CID 11095134 .
- ^ Буззини П., Мартини А. (сентябрь 2001 г.). «Дискриминация Candida albicans и других патогенных видов рода Candida по их дифференциальной чувствительности к токсинам группы дрожжей-киллеров» . Журнал клинической микробиологии . 39 (9): 3362–4. doi : 10.1128/JCM.39.9.3362-3364.2001 . ПМЦ 88347 . ПМИД 11526179 .
- ^ Палпачелли В., Чиани М., Розини Дж. (ноябрь 1991 г.). «Активность различных дрожжей-«киллеров» на штаммы видов дрожжей, нежелательных в пищевой промышленности» . Письма FEMS по микробиологии . 68 (1): 75–8. дои : 10.1111/j.1574-6968.1991.tb04572.x . ПМИД 1769559 .
- ^ Полонелли Л., Де Бернардис Ф., Конти С., Бокканера М., Герлони М., Морас Г. и др. (март 1994 г.). «Идиотипическая интравагинальная вакцинация для защиты от кандидозного вагинита секреторными антиидиотипическими антителами, подобными дрожжевому токсину» . Журнал иммунологии . 152 (6): 3175–82. ПМИД 8144911 . Архивировано из оригинала 01 февраля 2022 г. Проверено 23 октября 2009 г.
- ^ Лоуз К.Ф., Ширман К.А., Пейн Дж., Маккензи Д., Арчер Д.Б., Мерри Р.Дж., Гассон М.Дж. (март 2000 г.). «Профилактика дрожжевой порчи кормов и продуктов питания дрожжевым микоцином ХМК» . Прикладная и экологическая микробиология . 66 (3): 1066–76. Бибкод : 2000ApEnM..66.1066L . дои : 10.1128/АЕМ.66.3.1066-1076.2000 . ПМК 91944 . ПМИД 10698773 .
- ^ Чиани М., Фатиченти Ф (июль 2001 г.). «Киллер-токсин Kluyveromyces phaffii DBVPG 6076 в качестве биоконсерванта для борьбы с игловидными винными дрожжами» . Прикладная и экологическая микробиология . 67 (7): 3058–63. Бибкод : 2001ApEnM..67.3058C . дои : 10.1128/АЕМ.67.7.3058-3063.2001 . ПМК 92981 . ПМИД 11425722 .
- ^ да Силва С., Каладо С., Лукас С., Агиар С. (2008). «Необычные свойства галотолерантных дрожжей Candida nodaensis Killer toxin, CnKT». Микробиологические исследования . 163 (2): 243–51. doi : 10.1016/j.micres.2007.04.002 . ПМИД 17761407 .
- ^ Мальяни В., Конти С., Салати А., Ваккари С., Раванетти Л., Маффеи Д.Л., Полонелли Л. (октябрь 2004 г.). «Терапевтический потенциал дрожжевых токсиноподобных антител и мимотопов» . Исследование дрожжей FEMS . 5 (1): 11–8. дои : 10.1016/j.femsyr.2004.06.010 . ПМИД 15381118 .
- ^ *Мадхусудан П. Дабхол и доктор К.Н. Джоиши. Производство и воздействие киллерного токсина Saccharomyces cerevisiae и Pichia kluyveri на чувствительные дрожжи и грибковые патогены, Индийский журнал биотехнологии, 4(2), 2005.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Мальяни В., Конти С., Герлони М., Бертолотти Д., Полонелли Л. (июль 1997 г.). «Системы уничтожения дрожжей» . Обзоры клинической микробиологии . 10 (3): 369–400. дои : 10.1128/CMR.10.3.369 . ПМК 172926 . ПМИД 9227858 .