Una colicina es un tipo de bacteriocina producida por algunas cepas de Escherichia coli y tóxica para ellas . [1] Las colicinas se liberan al medio ambiente para reducir la competencia de otras cepas bacterianas . Las colicinas se unen a los receptores de la membrana externa y los utilizan para translocarse al citoplasma o la membrana citoplasmática, donde ejercen su efecto citotóxico, incluida la despolarización de la membrana citoplasmática, la actividad de la DNasa , la actividad de la RNasa o la inhibición de la síntesis de mureína .
Las colicinas formadoras de canales (colicinas A, B, E1, Ia, Ib y N) son proteínas transmembrana que despolarizan la membrana citoplasmática, lo que conduce a la disipación de la energía celular. [2] Estas colicinas contienen al menos tres dominios: un dominio de translocación N-terminal responsable del movimiento a través de la membrana externa y el espacio periplásmico (dominio T); un dominio central responsable del reconocimiento del receptor (dominio R); y un dominio citotóxico C-terminal responsable de la formación de canales en la membrana citoplasmática (dominio C). [3] [4] [5] El dominio R regula el objetivo y se une al receptor en la célula sensible. El dominio T está involucrado en la translocación, cooptando la maquinaria de la célula objetivo. El dominio C es el dominio "asesino" y puede producir un poro en la membrana de la célula objetivo , o actuar como una nucleasa para cortar el ADN o ARN de la célula objetivo. [5]
La mayoría de las colicinas pueden translocar la membrana externa mediante un sistema de dos receptores, donde un receptor se utiliza para la unión inicial y el segundo para la translocación. La unión inicial es a los receptores de la superficie celular , como las proteínas de la membrana externa OmpF, FepA, BtuB, Cir y FhuA; las colicinas se han clasificado según los receptores a los que se unen. La presencia de proteínas periplásmicas específicas, como TolA, TolB, TolC o TonB, es necesaria para la translocación a través de la membrana. [6] Cloacina [7] DF13 es una bacteriocina que inactiva los ribosomas hidrolizando el ARN 16S en los ribosomas 30S en un sitio específico. [8]
Debido a que se dirigen a receptores específicos y utilizan una maquinaria de translocación específica, las células pueden hacerse resistentes a la colicina reprimiendo o eliminando los genes de estas proteínas. Estas células resistentes pueden sufrir la falta de un nutriente clave (como el hierro o una vitamina B ), pero se benefician al no ser destruidas. Las colicinas muestran una "cinética de muerte de un solo golpe" [ cita requerida ] que no significa necesariamente que una sola molécula sea suficiente para matar, pero ciertamente que solo se necesita una pequeña cantidad. En su discurso de Premio Nobel de 1969, Salvador E. Luria especuló que las colicinas solo podían ser tan tóxicas al causar un efecto dominó que desestabilizara la membrana celular. [9] No estaba del todo en lo cierto, pero las colicinas formadoras de poros despolarizan la membrana y, por lo tanto, eliminan la fuente de energía para la célula. Las colicinas son toxinas altamente efectivas . [ cita requerida ]
Prácticamente todas las colicinas se transportan en plásmidos . Las dos clases generales de plásmidos colicinogénicos son los plásmidos grandes, con un número bajo de copias, y los plásmidos pequeños, con un número alto de copias. Los plásmidos más grandes llevan otros genes, así como el operón de colicina. Los operones de colicina generalmente están organizados con varios genes principales . Estos incluyen un gen estructural de colicina, un gen de inmunidad y un gen de proteína de liberación de bacteriocina (BRP), o gen de lisis . El gen de inmunidad a menudo se produce de forma constitutiva, mientras que la BRP generalmente se produce solo como una lectura a través del codón de terminación en el gen estructural de colicina. La colicina en sí es reprimida por la respuesta SOS y también puede ser regulada de otras maneras. [10]
La conservación del plásmido de colicina es muy importante para las células que viven con sus parientes, porque si una célula pierde el gen de inmunidad, rápidamente queda sujeta a la destrucción por la colicina circulante. Al mismo tiempo, la colicina solo se libera de una célula productora mediante el uso de la proteína de lisis, lo que da como resultado la muerte de esa célula. Este mecanismo de producción suicida parecería ser muy costoso, excepto por el hecho de que está regulado por la respuesta SOS , que responde a un daño significativo del ADN . En resumen, la producción de colicina puede ocurrir solo en células terminales. El Grupo de Investigación del Profesor Kleanthous en la Universidad de Oxford estudia ampliamente las colicinas como un sistema modelo para caracterizar e investigar las interacciones proteína-proteína y el reconocimiento. [11]
La base de datos BACTIBASE [12] [13] es una base de datos de acceso abierto para bacteriocinas, incluidas las colicinas (ver lista completa).