Plasmidele "Col"

Plasmidele "Col"

Plasmidele "Col" sunt elemente genetice extracromosomale, care codifica sinteza unor substante antibiotice de tip special, denumite colicine. Fenomenul de colicinogeneza a fost descoperit de Gratia (l925). Denumirea de "colicine" a fost atribuita unor substante cu proprietati antibiotice produse de o tulpina virulenta de E. coli, care au efect letal asupra celulelor producatoare, precum si a unor tulpini strans inrudite cu cea producatoare. Producerea de colicine nu este limitata la E. coli, ci este un fenomen mult mai raspandit in lumea bacteriilor si din acest motiv, Jacob (l953) a dat denumirile de bacteriocine, bacteriocinogeneza si factori bacteriocionogeni, pentru a desemna substantele, fenomenul si respectiv plasmidele care controleaza producerea lor.

Plasmidele (factorii "Col") au aceleasi particularitati, comune altor plasmide: sunt molecule de ADN, circulare, dublu catenare inchise, suprahelicale. La E. coli, in mod obisnuit se gasesc 5-25 de copii/celula.

Unele plasmide "Col" (de exemplu, Col E₁) au functie de conjugon, deoarece poarta in structura lor genetica, determinantii genetici de transfer. Ele se pot transfera la tulpinile col^-, prin conjugare. Plasmidele Col tra^- se transfera prin transformare genetica, transductie fagica sau prin conjugare initiata de alte plasmide cu functie de conjugoni.

Bacteriocinele sunt substante antibiotice cu actiune bactericida, a caror sinteza este codificata de plasmidele Col. De cele mai multe ori, bacteriocinele sunt proteine pure, uneori sunt glicoproteine, cu o gr. mol. de l8-90 kDa.

Bacteriocinele produse de bacteriile Gram negative au cateva proprietati generale:

- au un spectru de actiune foarte ingust, limitat la tulpina producatoare si la altele strans inrudite;

- actiunea lor este bactericida;

- contin o componenta biologic-activa, de natura proteica;

se leaga de celulele sensibile prin intermediul unor receptori celulari cu specificitate inalta, ceea ce explica spectrul lor foarte restrans de actiune;

- biosinteza bacteriocinelor are efect letal asupra celulei producatoare.

Denumirile diferitelor bacteriocine provin de la numele genului sau al speciei bacteriei producatoare, la care se adauga sufixul "cina": de exemplu, lactocine (produse de Lactobacillus), vibriocine (produse de Vibrio), respectiv pesticine (produse de Yersinia pestis), megacine (produse de B. megatherium), subtilicine (produse de B. subtilis) etc.

Bacteriocinele produse de bacteriile Gram pozitive au un spectru de actiune foarte larg. Ele sunt active asupra celulelor producatoare, dar si asupra unor specii mai indepartate si chiar asupra bacteriilor Gram negative. Din punct de vedere chimic, sunt glicoproteine sau lipoproteine.

O categorie speciala de bacteriocine, o constituie cele sintetizate de Ps. aeruginosa (bacilul piocianic), denumite piocine. Ele se evidentiaza in lizatele culturilor, dupa inductia sintezei cu UV, sub forma unor bastonase perechi, asemanatoare cozilor contractile ale fagilor din seria T-par, infectiosi pentru E. coli, cu lungimea de 90-l25 nm si grosimea de 20 nm. Uneori, perechile de bastonase apar contractate, mai scurte si groase, iar intre cele doua structuri electrono-dense se evidentiaza zona centrala ("core"), echivalentul structural al cilindrului axial al cozii fagului.

Mecanismele de actiune a bacteriocinelor

Bacteriocinele produse de celulele Gram negative actioneaza prin mecanisme specifice asupra unor "tinte" situate in membrana sau in citoplasma. Spectrul foarte limitat de actiune a bacteriocinelor produse de celulele Gram negative, sugereaza existenta unor receptori prin care acestea isi dobandesc accesul la structurile sensibile. De fapt, moleculele care functioneaza ca receptori nu sunt specializate in acest sens, ci indeplinesc diferite activitati, in special de transport celular al unor substante nutritive.

Mecanismele de actiune s-au studiat pentru colicine (produse de E. coli). Dupa fixarea ireversibila la nivelul receptorilor membranei externe, colicinele isi exercita efectul bactericid prin unul din urmatoarele mecanisme:

- inhibarea fosforilarii oxidative, stopand astfel procesele energetice celulare. Consecutiv se produce alterarea permeabilitatii membranei plasmatice, blocarea sintezei macromoleculare (ADN, ARN, proteine), ca si a transportului activ al substantelor nutritive;

- unele colicine se fixeaza specific pe molecula de ADN si determina aparitia inciziilor monocatenare, ceea ce deschide calea actiunii nucleazelor celulare si a degradarii ADN;

- altele inactiveaza subunitatile ribosomale 30 S, prin clivarea ARNr l6 S.

In concluzie, bacteriocinele au efect bactericid asupra celulelor sensibile. Ceea ce le deosebeste fundamental de alte antibiotice este faptul ca au efect letal asupra celulelor in care s-au sintetizat si din aceasta cauza, proprietatea de bacteriocinogeneza nu se poate perpetua intr-o celula, decat in starea ei potentiala. Periodic, sinteza bacteriocinelor este indusa si celula producatoare se lizeaza, eliberand moleculele cu efect litic in mediu. Efectul litic al bacteriocinelor se manifesta numai asupra celulelor aceleiasi specii, care nu o pot codifica, fiind lipsite de factorul Col. Celulele care poarta factorul Col sunt rezistente la actiunea colicinei omologe, elaborata de celule purtatoare ale aceluiasi factor, ca si cum ar fi imune la actiunea lor.

Originea plasmidelor este un subiect al speculatiilor. Plasmidele par sa fi evoluat din EGT, a caror structura genetica s-a complicat progresiv, prin dobandirea unor gene noi. Plasmidele au specificitate de gazda. Fiecare grup de bacterii pare sa aiba setul propriu de plasmide. In general, plasmidele rezidente in bacteriile Gram pozitive nu se stabilizeaza in celulele Gram negative si invers. Fac exceptie plasmidele enterobacteriilor, care pot fi transferate la multe, daca nu la toate genurile de bacterii.