แลคโตเนส
แลคโตเนส (EC 3.1.1.81, อะซิล-โฮโมเซอรีนแลคโตเนส ; ชื่อทางระบบN-อะซิล-L-โฮโมเซอรีน-แลคโตนแลคโตโนไฮโดร เลส ) เป็นเมทัลโลเอนไซม์ที่ผลิตโดยแบคทีเรียบางชนิด ซึ่งมีเป้าหมายและทำให้อะซิลเลตโฮโมเซอรีนแลคโตน (AHLs) ไม่ทำงาน มันเร่งปฏิกิริยา
- เอ็น-อะซิล- แอล-โฮโมเซอรีนแลคโตน + เอ็น-อะซิล- แอล -โฮโมเซอรีน
แบคทีเรียโปรตีโอแบคทีเรีย หลายชนิดในกลุ่มα- , β-และγ-proteobacteriaผลิตอะซิเลตโฮโมเซอรีนแลคโตน ซึ่งเป็นโมเลกุลขนาดเล็กคล้ายฮอร์โมนที่ใช้เป็นสัญญาณการสื่อสารระหว่างเซลล์แบคทีเรียในประชากรเพื่อควบคุมการแสดงออกของยีนและพฤติกรรมฟีโนไทป์บางอย่าง[ 1 ]การควบคุมยีนประเภทนี้เรียกว่าควอรัมเซนซิง
ชื่ออื่นๆ ของเอนไซม์ประเภทนี้ ได้แก่Quorum-quenching N -acyl-homoserine lactonase, acyl homoserine degrading enzyme, acyl-homoserine lactone acylase, AHL lactonase, AHL-degrading enzyme, AHL-inactivating enzyme, AHLase, AhlD, AhlK, AiiA, AiiA lactonase, AiiA-like protein, AiiB, AiiC, AttM, delactonase, lactonase-like enzyme, N -acyl homoserine lactonase, N -acyl homoserine lactone hydrolase, N -acyl-homoserine lactone lactonase, N -acyl- L -homoserine lactone hydrolase, quorum-quenching lactonase, quorum-quenching N -acyl homoserine lactone hydrolase [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]
กลไกของเอนไซม์
แลคโตเนสไฮโดรไล ซ์พันธะ เอสเทอร์ของวงแหวนโฮโมเซอรีนแลคโตนของอะซิเลตโฮโมเซอรีนแลคโตน ในการไฮโดรไล ซ์พันธะ แลคโตน แลคโตเนสจะป้องกันไม่ให้โมเลกุล ส่งสัญญาณเหล่านี้จับกับตัวควบคุมการถอดรหัสเป้าหมาย จึงยับยั้งการรับรู้ควอรัม [ 13 ]
โครงสร้างของเอนไซม์
ตำแหน่งการจับสังกะสีแบบไดนิวเคลียร์ได้รับการอนุรักษ์ไว้ในแลคโตเนสที่รู้จักทั้งหมดและจำเป็นต่อกิจกรรมของเอนไซม์และการพับโปรตีน[ 14 ]
Zn1 มีการประสานงานแบบสี่ทางโดย His104, His106, His169 และไอออนไฮดรอกไซด์ที่เป็นตัวเชื่อม Zn2 มีลิแกนด์ห้าตัว ได้แก่ Asp191, His235, His109, Asp108 และไอออนไฮดรอกไซด์ที่เป็นตัวเชื่อม ไอออนโลหะช่วยในการทำให้พันธะแลคโตนมีขั้วมากขึ้น ทำให้ คาร์บอนิลคาร์บอนของวงแหวน แลคโตน มีความเป็นอิเล็กโทรฟิลมากขึ้น การศึกษาการติดฉลากไอโซโทปแสดงให้เห็นว่าการเปิดวงแหวนเกิดขึ้นผ่านปฏิกิริยาการเติมและการกำจัดโดยมีการเติมน้ำดังแสดงด้านล่าง[ 15 ]
หน้าที่ทางชีวภาพ
แลคโตเนสสามารถรบกวนการรับรู้จำนวนประชากรที่เกิดจาก AHL ได้ ตัวอย่างของแลคโตเนสเหล่านี้ ได้แก่AiiAที่ผลิตโดย แบคทีเรียสกุล Bacillus , AttMและAiiBที่ผลิตโดยAgrobacterium tumefaciensและ QIcA ที่ผลิตโดย แบคทีเรีย สกุลHyphomicrobiales [ 16 ]
มีรายงานว่าแลคโตเน สพบในแบคทีเรียสกุลBacillus, Agrobacterium, Rhodococcus, Streptomyces, Arthrobacter, PseudomonasและKlebsiella [ 17 ] พบว่ากลุ่ม Bacillus cereus (ประกอบด้วยB. cereus, B. thuringiensis, B. mycoidesและB. anthracis ) มี 9 ยีนที่มีความคล้ายคลึงกับยีน AiiA ซึ่งเข้ารหัสเอนไซม์ที่ทำให้ AHL ไม่ทำงาน โดยมีโมทีฟการจับสังกะสีที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาได้รับการอนุรักษ์ไว้ในทุกกรณี[ 18 ]
ในเชื้อก่อโรคพืชA. tumefaciensแลคโตเนส AiiB ทำหน้าที่เป็นตัวปรับแต่งอย่างละเอียดซึ่งโดยพื้นฐานแล้วจะชะลอการปล่อยแลคโตน OC8-HSL และจำนวนเนื้องอกที่เกิดจากเชื้อก่อโรคดังกล่าว แลคโตเนส AttM ทำหน้าที่ย่อยสลายแลคโตน OC8-HSL ในเนื้อเยื่อพืชที่ได้รับบาดเจ็บ[ 19 ]
กิจกรรมหลักของ เอนไซม์ พาราออกโซเนส (PON) ที่ต้าน ภาวะหลอดเลือดแดงแข็งตัว คือการทำหน้าที่เป็นแลคโตเนส[ 20 ] กรดไขมันไม่อิ่มตัวเชิงซ้อนที่ถูกออกซิไดซ์ (โดยเฉพาะในไลโปโปรตีนความหนาแน่นต่ำที่ถูกออกซิไดซ์ ) จะสร้าง โครงสร้างคล้าย แลคโตนซึ่งเป็นสารตั้งต้นของ PON [ 20 ]
นิเวศวิทยา
ผลกระทบทางนิเวศวิทยาของแลคโตเนสยังไม่ชัดเจน แต่มีการเสนอว่าเนื่องจากแบคทีเรียส่วนใหญ่อาศัยอยู่ร่วมกับจุลินทรีย์อื่นๆ ในสิ่งแวดล้อม แบคทีเรียบางสายพันธุ์อาจพัฒนาวิธีการกินอาหารและใช้ AHL เป็นแหล่งพลังงานและไนโตรเจนหลัก[ 21 ]
แอปพลิเคชัน
การทำความเข้าใจกลไกและวัตถุประสงค์ของกิจกรรมแลคโตเนสอาจนำไปสู่บทบาทการประยุกต์ใช้ที่เป็นไปได้ของแลคโตเนสเหล่านี้ในการควบคุมการติดเชื้อแบคทีเรียโดยการยับยั้งกิจกรรมการรับรู้จำนวนประชากร และก่อให้เกิดผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อสุขภาพของมนุษย์และสิ่งแวดล้อม อย่างไรก็ตาม ในทั้งแลคโตโนไลซิสทางเคมีและทางเอนไซม์ ปฏิกิริยาสามารถย้อนกลับได้ ทำให้การประยุกต์ใช้แลคโตเนสในการรักษาโดยตรงมีความซับซ้อน[ 22 ]
Pseudomonas aeruginosaเป็นแบคทีเรียที่สร้าง AHL ซึ่งเป็นเชื้อก่อโรคฉวยโอกาสที่ติดเชื้อในผู้ป่วยที่มีภูมิคุ้มกันบกพร่อง [ 23 ]และพบในการติดเชื้อในปอดของผู้ป่วยโรคซิสติกไฟโบรซิส P. aeruginosaอาศัยการรับรู้จำนวนประชากรผ่านการผลิตแลคโตน N -butanoyl- L -homoserine (C4-HSL) และ N -(3-oxododecanoyl)-l-HSL (3-oxo-C12-HSL) เพื่อควบคุมการเคลื่อนที่ การผลิตสารพิษและโปรตีเอส และการสร้างไบโอฟิล์มที่เหมาะสม การขาดส่วนประกอบอย่างน้อยหนึ่งอย่างของระบบการรับรู้จำนวนประชากรส่งผลให้ความรุนแรงของเชื้อก่อโรคลดลงอย่างมาก [ 24 ]
Erwinia carotovoraเป็นเชื้อก่อโรคพืชที่ทำให้เกิดโรคเน่าอ่อนในพืชหลายชนิด เช่น มันฝรั่งและแครอท [ 25 ]โดยใช้การรับรู้จำนวนประชากร N-hexanoyl-l-HSL (C6-HSL) เพื่อหลีกเลี่ยงระบบป้องกันของพืชและประสานการผลิตเพคเตตไลเอสในระหว่างกระบวนการติดเชื้อ [ 26 ]
พืชที่แสดงออก AHL-Lactonase แสดงให้เห็นถึงความต้านทานต่อการติดเชื้อจากเชื้อก่อโรค Erwinia carotovora ที่เพิ่มขึ้น การแสดงออกของยีนก่อโรคในE. CarotovoraถูกควบคุมโดยN -(3-oxohexanoyl)- L -homoserine lactone (OHHL) สันนิษฐานว่าการไฮโดรไลซิสของ OHHL ผ่านแลคโตเนสจะลดระดับ OHHL ลง ยับยั้งระบบการรับรู้จำนวนประชากรที่ขับเคลื่อนการแสดงออกของยีนก่อโรค[ 18 ]