Lactococcus lactis -Lactococcus lactis

Lactococcus lactis
Lactococcus lactis.jpg
Научная классификация
Домен:
Королевство:
Тип:
Класс:
Порядок:
Семья:
Род:
Разновидность:
L. lactis
Биномиальное имя
Lactococcus lactis
( Lister 1873)
Schleifer et al. 1986 г.
Подвиды

Л. л. cremoris
L. l. hordniae
L. l. lactis
L. l. lactis bv. diacetylactis
L. l. Tructae

Lactococcus lactis - это грамположительная бактерия, широко используемая в производстве пахты и сыра , но также прославившаяся как первый генетически модифицированный организм, который был использован живым для лечения болезней человека. Клетки L. lactis представляют собой кокки, которые группируются парами и короткими цепочками и, в зависимости от условий роста, выглядят яйцевидными с типичной длиной 0,5–1,5  мкм . Л. Lactis не производят споры ( nonsporulating ) и не подвижны ( неподвижные ). У них гомоферментативный метаболизм, то есть они производят молочную кислоту из сахаров. Сообщается также, что они производят эксклюзивную L - (+) - молочную кислоту . Однако сообщалось, что D - (-) - молочная кислота может продуцироваться при культивировании при низком pH. Способность вырабатывать молочную кислоту - одна из причин, почему L. lactis является одним из важнейших микроорганизмов в молочной промышленности. На основе его истории в пищевом брожении, Л. Лактис имеет в целом признана безопасный (GRAS) статус, с несколькими сообщениямислучаях он является оппортунистическим патогеном.

L. lactis имеет решающее значение для производства молочных продуктов, таких как пахта и сыры. Когда L. lactis ssp. lactis добавляется в молоко, бактерия использует ферменты для производства молекул энергии ( АТФ ) из лактозы . Побочным продуктом производства энергии АТФ является молочная кислота. Молочная кислота, вырабатываемая бактериями, свертывает молоко, которое затем разделяется, образуя творог, который используется для производства сыра. Другие виды использования этой бактерии, о которых сообщалось, включают производство маринованных овощей , пива или вина, некоторых видов хлеба и других ферментированных пищевых продуктов, таких как соевое молоко, кефир , пахта и другие. L. lactis - одна из наиболее охарактеризованных грамположительных бактерий с низким ГК, обладающая детальными знаниями в области генетики, метаболизма и биоразнообразия.

L. lactis в основном выделяется либо из молочной среды, либо из растительного материала. Предполагается, что изоляты молочных продуктов произошли от растительных изолятов в результате процесса, в котором гены, не приносящие пользы в жирном молоке, были потеряны или подавлены. Этот процесс, также называемый эрозией генома или восстановительной эволюцией, также описан у некоторых других молочнокислых бактерий . Предлагаемый переход от растительной к молочной среде был воспроизведен в лаборатории путем экспериментальной эволюции растительного изолята, который культивировался в молоке в течение длительного периода. В соответствии с результатами сравнительной геномики (см. Ссылки выше) это привело к тому, что L. lactis утратила или подавляла гены, которые необходимы в молоке, и повышала регуляцию транспорта пептидов.

Сотни новых малых РНК были идентифицированы Meulen et al. в геноме L. lactis MG1363 . Один из них: LLnc147, как было показано, участвует в поглощении углерода и метаболизме.

Производство сыров

L. lactis subsp. lactis (ранее Streptococcus lactis ) используется на ранних стадиях для производства многих сыров, включая бри , камамбер , чеддер , колби , грюйер , пармезан и рокфор . Ассамблея штата Висконсин , который также является штатом номер один в Соединенных Штатах по производству сыра, проголосовала в 2010 году за то, чтобы назвать эту бактерию официальным микробом штата ; это было бы первое и единственное такое определение законодательным собранием штата в стране, однако этот закон не был принят Сенатом. Законодательство было внесено в ноябре 2009 года в виде Законопроекта № 556 представителей Хебла, Врувинка, Уильямса, Паша, Дану и Филдса; коспонсором выступил сенатор Тейлор. Законопроект был принят Ассамблеей 15 мая 2010 г. и отклонен Сенатом 28 апреля.

Использование L. lactis на молочных фабриках сопряжено с определенными проблемами. Бактериофаги, специфичные для L. lactis, ежегодно приводят к значительным экономическим потерям, не позволяя бактериям полностью метаболизировать молочный субстрат. Несколько эпидемиологических исследований показали, что фаги, в основном ответственные за эти потери, происходят из видов 936 , c2 и P335 (все из семейства Siphoviridae ).

Лечебные преимущества

Возможность использования молочнокислых бактерий (LAB) в качестве функциональных векторов доставки белков широко исследовалась. Было продемонстрировано, что Lactococcus lactis является многообещающим кандидатом для доставки функциональных белков из-за его неинвазивных и непатогенных характеристик. Многие различные системы экспрессии L. lactis были разработаны и используются для экспрессии гетерологичных белков.

Ферментация лактозы В исследовании Шуичи Накамура, Юсуке В. Маримото и Сейши Кудо они стремились доказать, что ферментация, производимая L. lactis, может препятствовать подвижности патогенных бактерий. Подвижность штаммов Pseudomonas , Vibrio и Leptospira также серьезно нарушалась из-за утилизации лактозы L. lactis .

Используя Salmonella flagellar в качестве экспериментальной группы, команда Накамуры обнаружила, что продукт ферментации лактозы является причиной нарушения моторики сальмонелл . Предполагается, что супернатант L. lactis в основном влияет на подвижность сальмонелл через нарушение вращения жгутиков, но не через необратимое повреждение морфологии и физиологии. Ферментация лактозы L. lactis производит ацетат, который снижает внутриклеточный pH сальмонелл, что, в свою очередь, замедляет вращение их жгутиков. Эти результаты подчеркивают потенциальное использование L. lactis для предотвращения инфекций, вызываемых несколькими видами бактерий.

Секреция интерлейкина-10 Генетически модифицированная L. lactis может секретировать цитокин интерлейкин-10 (IL-10) для лечения воспалительных заболеваний кишечника (IBD), поскольку IL-10 играет центральную роль в подавлении воспалительных каскадов и матриксных металлопротеиназ . Исследование Лотара Стейдлера и Вольфганга Ханса показывает, что этот синтез IL-10 in situ с помощью генно-инженерной L. lactis требует гораздо меньших доз, чем системные методы лечения, такие как антитела к фактору некроза опухоли (TNF) или рекомбинационный IL-10.

Авторы предлагают два возможных пути, с помощью которых IL-10 может достичь своей терапевтической мишени. Генно-инженерный L. lactis может продуцировать мышиный IL-10 в просвете , и этот белок может диффундировать к чувствительным клеткам эпителия или собственной пластинки . Другой маршрут включает в себя Л. Lactis поглощается клетками М из - за его бактериального размера и формы, а также большую часть эффекта может быть связано с рекомбинантной продукции IL-10 на месте в лимфоидной ткани кишечника. Оба пути могут включать механизмы параклеточного транспорта , которые усиливаются при воспалении . После транспортировки IL-10 может непосредственно подавлять воспаление. В принципе, этот метод может быть полезен для доставки в кишечник других белковых терапевтических средств, которые нестабильны или трудно продуцировать в больших количествах, и в качестве альтернативы системному лечению ВЗК.

Подавление опухоли через пептид, ингибирующий метастазирование опухоли KISS1 В другом исследовании под руководством Чжана Б. был создан штамм L. lactis, который поддерживает плазмиду, содержащую пептид, ингибирующий метастазирование опухоли, известный как KISS1 . Было продемонстрировано, что L. lactis NZ9000 является клеточной фабрикой для секреции биологически активного белка KiSS1, оказывающего ингибирующее действие на клетки HT-29 колоректального рака человека.

KiSS1, секретируемый рекомбинантным штаммом L. lactis, эффективно подавлял экспрессию матриксных металлопротеиназ (MMP-9) - решающего ключа в инвазии, метастазировании и регуляции сигнальных путей, контролирующих рост опухолевых клеток , выживаемость, инвазию, воспаление и ангиогенез . Причина этого в том, что KiSS1, экспрессируемый в L. lactis, активирует путь MAPK посредством передачи сигналов GPR54, подавляя связывание NFκB с промотором MMP-9 и, таким образом, подавляя экспрессию MMP-9. Это, в свою очередь, снижает выживаемость, подавляет метастазирование и вызывает покой раковых клеток.

Кроме того, было продемонстрировано, что рост опухоли может подавляться самим штаммом LAB из-за способности LAB продуцировать экзополисахариды. Это исследование показывает, что L. lactisNZ9000 может сам по себе подавлять пролиферацию HT-29 и индуцировать апоптоз клеток. Успешное создание этого штамма помогло подавить миграцию и разрастание раковых клеток, показывая, что секреторные свойства L. lactis этого конкретного пептида могут служить новым инструментом для лечения рака в будущем.

использованная литература

внешние ссылки