Лактоциллин - это тиопептидный антибиотик, который кодируется и продуцируется кластерами биосинтетических генов бактерий Lactobacillus gasseri . Лактоциллин был открыт и очищен в 2014 году. [1] Lactobacillus gasseri - одна из четырех бактерий Lactobacillus, наиболее часто встречающихся в микробиоме влагалища человека. [2] В связи с повышением уровня устойчивости патогенов к известным антибиотикам, новые антибиотики приобретают все большую ценность. Лактоциллин может действовать как новый антибиотик, который может помочь людям бороться с инфекциями, устойчивыми ко многим другим антибиотикам.
Имена | |
---|---|
Название ИЮПАК N - ({2 '- [(26 Z ) -26-Этилиден-19,29-бис (1-гидроксиэтил) -12 - {[(1 H -индол-3-илкарбонил) сульфанил] метил} -14,21 , 28,31-тетраоксо-10,17,24,34-тетратиа-6,13,20,27,30,35,36,37,38-нонаазагексацикло [30.2.1.18,11.1 15,18.122,25.02,7] октатриаконта-1 (35), 2,4,6,8,11 (38), 18 (37), 22,25 (36), 32-декаен-5-ил] -2,4'-би-1, 3-тиазол-4-ил} карбонил) аланин | |
Идентификаторы | |
3D модель ( JSmol ) | |
ChemSpider | |
PubChem CID | |
| |
| |
Характеристики | |
C 51 H 45 N 13 O 10 S 7 | |
Молярная масса | 1 224 0,42 г · моль -1 |
Плотность | 1,8 г / см 3 |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
Ссылки на инфобоксы | |
Кластеры биосинтетических генов
Лактоциллин вырабатывается кластером биосинтетических генов , который представляет собой группу генов в бактериях, которые вместе образуют вторичный метаболит . [3] Вторичные метаболиты - это молекулы с множеством различных химических структур и функций, и в этом случае лактоциллин действует как антибиотик . [3]
Кластеры биосинтетических генов похожи на опероны бактерий в том, что они оба кодируют белки, которые функционируют вместе в общем процессе. Однако кластеры биосинтетических генов всегда кодируют известный вторичный метаболит, в то время как опероны представляют собой общую группу генов под одним промотором. Опероны могут кодировать определенную молекулу, подобную BGC, или другие вещи, такие как ассоциированные белки, которые работают вместе, выполняя общую функцию, такую как lac-оперон, кодирующий белки, участвующие в расщеплении лактозы.
Лактоциллин производится кластером биосинтетических генов 66 ( bgc66), который находится на плазмиде Lactobacillus gasseri. [1] bgc66 имеет много разных генов, которые кодируют белки, показанные в таблице ниже, и выполняют указанную функцию, связанную с синтезом лактоциллина. [1]
Протеин | Функция |
YcaO | Помогает в образовании гетероциклов, поскольку мы видим пять гетероциклов, производных цистеина в лактоциллине. [4] |
циклодегидратаза | Помогает в образовании гетероциклов, поскольку мы видим пять гетероциклов, производных цистеина в лактоциллине. [4] |
Лантибиотик DH (2 разных гена этого типа) | Образует остатки дегидробутирина, как в лактоциллине. [5] |
TclM | Помогает в производстве тритиазоилпиридинового ядра лактоциллина. [1] |
Другие ферменты посттрансляционной модификации | Помогите продолжить корректировку структуры лактоциллина после перевода. |
Регуляторные белки | Регулируют транскрипцию BGC. [1] |
Тиопептиды
Антибиотики - это химические вещества, используемые для подавления или уничтожения микробов, и относятся к разным химическим классам. Тиопептиды - это довольно новый химический класс антибиотиков, характеризующийся центральным шестичленным кольцом с атомом азота в кольце. Определенные тиопептиды создаются бактериями, обнаруженными в других необычных местах, таких как морская жизнь и почва, но лактоциллин производится бактериями, обнаруженными в микробиомах влагалища и полости рта человека. [1]
Тиопептиды хорошо действуют против грамположительных бактерий, но не грамотрицательных бактерий. [1] Тиопептиды даже оказались потенциально эффективными в борьбе с MRSA . [6] Тиопептиды потенциально обладают многими функциями, такими как «противоопухолевое, антиплазмодийное, иммунодепрессивное, ингибирующее ренин, ингибирующее РНК-полимеразу и противогрибковое действие». [7]
Тиопептиды действуют как антибиотики, блокируя синтез рибосомального белка. [7] Это пример посттранскрипционной регуляции, поскольку тиопептиды не влияют на транскрипцию белков, но предотвращают трансляцию.
Лактоциллин отличается от тиоциллина (хорошо изученного тиопептида) по 3 важным особенностям. Лактоциллин 1) имеет свободную карбоновую кислоту на С-конце, 2) не подвергается посттрансляционным модификациям, требующим кислорода, и 3) имеет остаток индолил- S- цистеина в положении 8. [1] Эти различия предполагают, что этот тиопептид может функционировать иначе, чем другие, но необходимо провести дополнительные исследования, чтобы определить, насколько это точно.
Состав
Лактоциллин имеет эмпирическую формулу C 51 H 45 N 13 O 10 S 7 и имеет изображение, показанное выше, как определено с использованием профилей поглощения ЯМР и УФ-видимой области . [1] Структура этого белка не полностью соответствует последовательности bcg66. Это показывает, что должна быть какая-то посттрансляционная модификация. [1]
Плазмиды и горизонтальный перенос генов
Горизонтальный перенос генов (ГПГ) - это механизм, с помощью которого бактерии могут обмениваться генами, помимо передачи генов от родителей к потомству при воспроизводстве. Бактерии могут добавлять в свой геном гены, которые могут улучшить их физическую форму, принимая генетический материал от других бактерий, окружающей среды или бактериофагов посредством ГПГ.
bgc66 находится на плазмиде вместе с другими поддерживающими, регуляторными, переносными и транспозазными последовательностями. [1] Наличие этих последовательностей переноса показывает нам, что эта плазмида может участвовать в HGT, что приводит к тому, что другие бактерии могут продуцировать лактоциллин. Последовательности транспозаз предполагают, что плазмида может иметь еще дополнительные возможности переноса генов посредством вырезания и вставки определенных генов с использованием белков транспозазы. Если лактоциллин будет дополнительно изучен и определен как имеющий желаемые свойства, тот факт, что BGC для производства лактоциллина находится на переносимой плазмиде, упростит для химических компаний его массовое производство.
Функция в человеческом теле
Считается, что лактоциллин очень эффективен в уничтожении определенных патогенов. [1] минимальная ингибирующая концентрация (МИК) антибиотик представляет собой наименьшую концентрацию антибиотика , необходимые для ингибирования роста бактерии. МИК был рассчитан для многих различных бактерий, которые обычно инфицируют влагалище человека. Этот подход имеет смысл, поскольку непатогенная бактерия, обнаруженная в микробиоте влагалища, может принести пользу хозяину, например устойчивость к потенциальным патогенам, которые обычно заражают эту область тела, поскольку выживание хозяина имеет важное значение для выживания бактерий.
Рост наблюдали при нескольких различных концентрациях, чтобы получить MIC лактоциллина для различных патогенов. Было обнаружено, что лактоциллин наиболее эффективен для предотвращения роста Staphylococcus aureus , Corynebacterium aurimucosum и Streptococcus sobrinus , но также эффективен в подавлении роста других бактериальных патогенов в более высоких концентрациях. Эти хорошо ингибируют бактерии вызывают стафилококковые инфекции , инфекции мочевых путей , [8] и полости. [9] Это говорит о том, что в будущем лактоциллин потенциально может использоваться в качестве обычного противомикробного средства.
Не было замечено, что лактоциллин предотвращает рост других бактерий, которые, как известно, являются обычными и полезными для вагинального микробиома. Это имеет смысл, так как уничтожение этих бактерий было бы вредным для здоровья человека и, как следствие, также вредным для шанса бактерий на выживание. [10]
Было замечено, что другие бактерии Lactobacillus также используются в качестве пробиотиков . [11] Lactobacillus gasseri потенциально может функционировать аналогично другим Lactobacillus бактериям и использоваться в качестве пробиотика, помогая поддерживать общее состояние здоровья, такое как иммунитет, уровень холестерина и здоровье кожи. [11]
Рекомендации
- ^ a b c d e f g h i j k l m Donia, Mohamed S .; Цимерманчич, Питер; Шульце, Кристофер Дж .; Виланд Браун, Лаура К .; Мартин, Джон; Митрева, Македонка; Кларди, Джон; Linington, Roger G .; Фишбах, Майкл А. (11.09.2014). «Систематический анализ кластеров биосинтетических генов в микробиоме человека показывает общее семейство антибиотиков» . Cell . 158 (6): 1402–1414. DOI : 10.1016 / j.cell.2014.08.032 . ISSN 1097-4172 . PMC 4164201 . PMID 25215495 .
- ^ Васкес, Алехандра; Якобссон, Телль; Арне, Сив; Форсум, Городской; Молин, Горан (август 2002 г.). «Вагинальная лактобактериальная флора здоровых шведских женщин» . Журнал клинической микробиологии . 40 (8): 2746–2749. DOI : 10.1128 / jcm.40.8.2746-2749.2002 . ISSN 0095-1137 . PMC 120688 . PMID 12149323 .
- ^ а б Чен, Рэй; Вонг, Хон Лун; Бернс, Брендан Пол (2019-02-25). «Новые подходы к обнаружению кластеров биосинтетических генов в окружающей среде» . Лекарства (Базель, Швейцария) . 6 (1): 32. doi : 10.3390 / medicine6010032 . ISSN 2305-6320 . PMC 6473659 . PMID 30823559 .
- ^ а б Данбар, Кайл Л .; Мелби, Джоэл О .; Митчелл, Дуглас А. (22 апреля 2012 г.). «Домены YcaO используют АТФ для активации амидных цепей во время циклодегидратации пептидов» . Природа Химическая биология . 8 (6): 569–575. DOI : 10,1038 / nchembio.944 . ISSN 1552-4469 . PMC 3428213 . PMID 22522320 .
- ^ Ортега, Мануэль А .; Хао, Юэ; Чжан, Ци; Уокер, Марк С .; van der Donk, Wilfred A .; Наир, Сатиш К. (22 января 2015 г.). «Структура и механизм тРНК-зависимой лантибиотической дегидратазы NisB» . Природа . 517 (7535): 509–512. Bibcode : 2015Natur.517..509O . DOI : 10,1038 / природа13888 . ISSN 0028-0836 . PMC 4430201 . PMID 25363770 .
- ^ Спешка, Нина М .; Thienphrapa, Wdee; Тран, Дэн Н .; Лесген, Сандра; Солнце, Пэн; Нам, Санг-Джип; Дженсен, Пол Р .; Феникал, Уильям; Сакулас, Джордж; Низет, Виктор; Хенслер, Мэри Э. (декабрь 2012 г.). «Активность тиопептидного антибиотика носигептида против современных штаммов метициллин-устойчивого Staphylococcus aureus» . Журнал антибиотиков . 65 (12): 593–598. DOI : 10.1038 / ja.2012.77 . ISSN 1881-1469 . PMC 3528839 . PMID 23047246 .
- ^ а б Джаст-Баринго, Ксавьер; Альберисио, Фернандо; Альварес, Мерседес (17 января 2014 г.). «Тиопептидные антибиотики: ретроспектива и последние достижения» . Морские препараты . 12 (1): 317–351. DOI : 10.3390 / md12010317 . ISSN 1660-3397 . PMC 3917276 . PMID 24445304 .
- ^ Ло, Сейнабу; Тиам, Исса; Fall, Bécaye; Ба-Диалло, Ава; Диалло, Умару Фоли; Диань, Рохая; Диа, Мамаду Ламин; Ка, Рафьяту; Сарр, Айша Марселин; Соу, Ахмад Иян (14.07.2015). «Инфекция мочевыводящих путей, вызванная Corynebacterium aurimucosum, после уретропластики стриктуры уретры: описание случая» . Журнал отчетов о медицинских случаях . 9 : 156. DOI : 10,1186 / s13256-015-0638-0 . ISSN 1752-1947 . PMC 4501104 . PMID 26155836 .
- ^ Конрадс, Георг; de Soet, Johannes J .; Песня, Лифу; Хенне, Карстен; Стаер, Елена; Вагнер-Дёблер, Ирэн; Цзэн, Ань-Пин (2014). «Сравнение кариесогенных видов Streptococcus sobrinus и S. mutans на уровне всего генома» . Журнал оральной микробиологии . 6 : 26189. DOI : 10,3402 / jom.v6.26189 . ISSN 2000-2297 . PMC 4256546 . PMID 25475081 .
- ^ Мильштейн Александр; Colosimo, Dominic A .; Брэди, Шон Ф. (13 июня 2018 г.). «Доступ к биологически активным натуральным продуктам из микробиома человека» . Клеточный хозяин и микроб . 23 (6): 725–736. DOI : 10.1016 / j.chom.2018.05.013 . ISSN 1934-6069 . PMC 7232905 . PMID 29902438 .
- ^ а б Рид, Грегор (1999-09-01). «Научная основа для пробиотических штаммов Lactobacillus» . Прикладная и экологическая микробиология . 65 (9): 3763–3766. DOI : 10,1128 / AEM.65.9.3763-3766.1999 . ISSN 1098-5336 . PMC 99697 . PMID 10473372 .