Las bacteriocinas producidas por bacterias Gram-negativas (Tabla II.4) constituyen un grupo heterogéneo de proteínas que varían en su tamaño molecular, dianas microbianas, modo de acción y mecanismos de inmunidad (Riley y Wertz, 2002). Dentro de este grupo heterogéneo, las bacteriocinas producidas por la familia Enterobacteriaceae son las mejor caracterizadas y se han clasificado en dos grupos principales: (i) grupo de las colicinas, que constituye el prototipo de bacteriocinas producidas por bacterias Gram-negativas y (ii) grupo de las microcinas (Pons et al., 2002; Gillor et al., 2005). Por otra parte, las piocinas constituyen otro grupo de bacteriocinas producidas por bacterias Gram- negativas pertenecientes al género Pseudomonas (Michel-Briand y Baysse, 2002; Gillor et al., 2005).
Tabla II.4. Características principales de las bacteriocinas producidas por bacterias Gram-negativas y Gram-positivas
Gram-negativasa Gram-positivas
Tamaño molecular Generalmente grande (proteínas)
Variable según modo de acción (5−80 kDa)
Generalmente pequeñas (péptidos) Variable (2−35 kDa)
Espectro de actividad Estrecho, generalmente reducido a especies estrechamente relacionadas filogenéticamente
Generalmente restringido a bacterias Gram- positivas
Variable: reducido (por ej.: lactococcinas A, B y M) o amplio (por ej.: nisina, enterocina L50 y pediocina PA-1)
Producción Letal para la célula productora
Regulada por genes de regulación de la célula No letal para la Ocas productora (inducida por condiciones que
inducen la respuesta SOS)
regulació Principal
célula productora
ionalmente regulada por sistemas de n específicos para cada bacteriocina mente entre la fase exponencial de crecimiento y la fase estacionaria
Org
Dominio C-terminal: lisis e inmunidad membrana Modo de acción Formación de poros en las membranas celulares
Actividad nucleasa frente a ADN, ARNr y ARNt
Generalmente a través de la formación de poros en las membranas celulares Clasificación Colicinas (25−80 kDa): subgrupo de colicinas
formadoras de poros y colicinas con actividad nucleasa
Microcinas (<10 kDa): clases I (<5 kDa) y II (7−10 kDa)
Piocinas: tipos R, F y S
Bacteriocinas activas frente a patógenos de las plantas: caratovoricina, serracina P y glicinicina
Clase I (lantibióticos) (<5 kDa): subclases A y B
Clase II (no lantibióticos) (< 10 kDa): subclases IIa, IIb y IIc
Clase III (>30 kDa)
aLas características se refieren principalmente al grupo de las colicinas (prototipo de bacteriocinas producidas por bacterias Gram- negativas). Adaptado de Criado (2006).
anización
genética Gen estructural Gen de inmunidad Gen de lisis celular
Gen(es) estructural(es)
Gen(es) de modificaciones postraduccionales Gen de procesamiento
Gen(es) de secreción Gen(es) de inmunidad Genes de regulación Localización de los
genes Generalmente en plásmidos Plásmidos, cromosoma y transposones Transporte Generalmente a través de la lisis celular
Ocasionalmente a través de transportadores del tipo ABC (del inglés ATP-Binding Cassette)
Generalmente a través de transportadores del tipo ABC
Ocasionalmente mediante el sistema Sec Presencia de
dominios
Dominio N-terminal: translocación Dominio central: unión al receptor
Dominio N-terminal: unión a la membrana Dominio C-terminal: inserción en la
Finalmente, existe un grupo de bacteriocinas, que no están totalmente caracterizadas, entre las que se encuentran la caratovoricina, serracina P y glicinicina A producidas por Erwinia carotovora subesp.
carotovora, Serratia phymithicum y Xanthomonas campestris, respectivamente, que son activas frente
a patógenos de las plantas, y que se encuentran en plásmidos y cromosomas (Fett y Maher, 1985; Heu
et al., 2001; Nguyen et al., 2001; Jabrane et al., 2002; Holtsmark et al., 2008).
Las colicinas son bacteriocinas producidas por Escherichia coli caracterizadas por: (i) su tamaño molecular relativamente grande (25−80 kDa); (ii) su producción mediada por condiciones de estrés (por ej.: niveles reducidos de oxígeno y nutrientes) que inducen la respuesta SOS; (iii) su síntesis generalmente letal para la célula productora; (iv) su interacción con las células diana a través de receptores específicos de la superficie celular, lo que determina la especificidad en el reconocimiento de la célula diana; (v) su estructura en dominios con un dominio N-terminal (implicado en la translocación de la bacteriocina al interior de la célula diana), un dominio central (implicado en la interacción con el receptor) y un dominio C-terminal (implicado en la lisis celular y la inmunidad); (vi)
la localización plasmídica de las agrupaciones génicas que codifican su producción y (vii) son activas frente a cepas de E. coli y Salmonella (Riley y Wertz, 2002; Papagianni, 2003; Gillor et al., 2005). A
este respecto, los nes necesarios para la prodge ucción de las colicinas son: (i) gen estructural, que codifica la bacterioc na, (ii) gen de la inmunidad, que codifica una proteína que confiere inmunidad a li a célula productora mediante su unión a la colicina y la posterior inactivación de ésta y (iii) gen de lisis, que codifica una proteína implicada en la liberación de la colicina mediante la lisis de la célula productora. Según su modo de acción, las colicinas se agrupan en dos subgrupos: (i) subgrupo de colicinas con actividad formadora de poros en la membrana celular, cuyo tamaño molecular varía entre 449 y 629 aminoácidos, y (ii) subgrupo de colicinas con actividad nucleasa sobre moléculas de ADN, ARNr y ARNt, que incluye colicinas cuyo tamaño molecular varía entre 178 y 777 aminoácidos (Joerger et al., 2000; Riley y Wertz, 2002; Papagianni, 2003; Gillor et al., 2005).
Asimismo, las microcinas son bacteriocinas producidas por E. coli (excepto una producida por
Klebsiella pneumo ae) y caracterizadas poni r: (i) su tamaño molecular relativamente pequeño (<10 kDa); (ii) su producción no inducida por el sistema SOS; (iii) su síntesis no letal para la célula productora; (iv) su secreción generalmente durante la fase de crecimiento exponencial; (v) su modo de acción mediante la formación de poros en la membrana celular o mediante desestabilización del potencial de membrana y (vi) espectro de acción, frente a enterobacterias, más amplio que las colicinas. Además, conviene destacar que las microcinas compa en generalmente ciertas propiedrt ades (termoestabilidad, resistencia a algunas proteasas, hidrofobicidad y resistencia a valores de pH extremos) con las bacteriocinas producidas por bacterias Gram-positivas (secciones II.2.2.2.2 y II.3.4) (Pons et al., 2002; Papagianni, 2003; Gillor et al., 2005; Duquesne et al., 2007a, b). Por otra parte, las microcinas se agrupan en dos clases (I y II) según la resencia de amip noácidos modificados postraduccionalmente. La clase I (microcinas B17, C7, J25 y D93) agrupa las microcinas de tamaño molecular <5 kDa, con modificaciones postraduccionales en su secuencia y que ejercen su actividad antimicrobiana sobre dianas intracelulares (Destoumieux-Garzón et al., 2002). Por el contrario, la clase II (microcinas E492, L, V, H47 y 24) agrupa las microcinas de mayor tamaño molecular (7−10 kDa), sin modificaciones postraduccionales y cuya diana celular puede ser la membrana celular. Además, las microcinas de esta clase comparten muchas propiedades con las bacteriocinas de la clase IIa producidas por las bacterias lácticas (sección II.3.4.2), entre las que destacan: (i) su pequeño tamaño molecular; (ii) su termorresistencia; (iii) su hidrofobicidad; (iv) su síntesis como precursores inactivos (preprobacteriocina); (v) la presencia de extensiones N-terminales del tipo secuencia líder; (vi) su secreción mediante transportadores del tipo ABC; (vii) la ausencia de modificaciones postraduccionales y (viii) su actividad a nivel de membrana (Pons et al., 2002).
Por otra parte, las piocinas son bacteriocinas producidas por Pseudomona aeruginosa caracterizadas por: (i) las agrupaciones génicas que codifican su producción se encuentran en el cromosoma y están constituidos por gen estructural, gen de inmunidad y en algunos casos gen de lisis; (ii) su expresión está inducida por agentes mutagénicos (por ej.: radiación ultravioleta, mitomicina C) que inducen la respuesta SOS y (iii) su espectro de acción es limitado frente a cepas de Ps. aeruginosa u otras bacterias Gram-negativas (por ej.: Neisseria y Haemophilus) (Duport et al., 1995; Michel-
Briand y Baysse, 2002; Gillor et al., 2005). Según su estructura, las piocinas se agrupan en tres tipos (R, F y S): (i) las piocinas tipo R son cilindros huecos que actúan desestabilizando el potencial de membrana de la célula sensible (Kageyama, 1964); (ii) las piocinas tipo F son cañas no contráctiles con una estructura cuadrada en un extremo y una estructura fibrilar en el otro extremo (Kuroda y Kagiyama, 1983) y (iii) las piocinas tipo S son más pequeñas (similares a las colicinas), solubles, sensibles a las proteasas y cuyo modo de acción es mediante la formación de poros o con actividad nucleasa frente a ADN y ARN (Duport et al., 1995; Parret y de Mot, 2000).