2024. 11. 9. 20:34ㆍ카테고리 없음
안녕하세요?
NV2NGN입니다.
이번 글에서는 박테리오신(bacteriocin)에 대해 살펴보겠습니다.
박테리오신은 박테리아가 자신의 생존을 위해 분비하는 항균 단백질 또는 펩타이드(peptide)를 의미합니다.
이들은 주로 같은 환경에서 경쟁하는 다른 박테리아를 억제하거나 죽이는 역할을 합니다.
박테리오신은 자연계에서 박테리아가 생존 경쟁에서 우위를 점하기 위해 사용하는 중요한 도구 중 하나라고 할 수 있겠습니다.
박테리오신의 종류
박테리오신은 분자 크기와 기능에 따라 세 가지 주요 군으로 분류합니다.
클래스 I (Class I (Lantibiotics)): 이들은 소형 펩타이드로, 란티오닌과 같은 비정상적인 아미노산을 포함하고 있습니다.
대표적인 예로는 식품 보존제로 널리 사용되는 니신(nisin)이 있습니다.
클래스 II(Class II (Small Heat-Stable Peptides)): 이들은 열에 안정적인 소형 펩타이드로, 일반적으로 10kDa 이하의 크기를 가집니다. 여기에는 식품 산업에서 사용되는 페디오신(pediocin)이 포함됩니다.
클래스 III(Class III (Large Heat-Labile Proteins)): 이들은 열에 불안정한 대형 단백질로, 일반적으로 30kDa 이상의 크기를 가집니다.
박테리오신은 많은 프로바이오틱스, 특히 유산균의 항균 활동에 크게 기여합니다.
예를 들면, 구강과 관련된 박테리오신에는 Lactobacillus salivarius와 Streptococcus salivarius의 salivaricin,
Lactobacillus reuteri의 reuterin, Lactobacillus plantarum의 plantaricin, Lactobacillus lactis의 nisin이 포함됩니다.
plantaricin은 P. gingivalis의 성장을 억제하여 구강 건강을 개선합니다.
salivaricin은 구취와 관련된 구강 세균을 억제합니다.
reuterin은 Tannerella forsythia에 대한 항균 효과로 치주 질환에 잠재적 응용이 있습니다.
nisin은 여러 치주 병원균에 대한 항균 효과를 가지며, 구강 내 인체 세포에 대한 세포독성 효과를 나타내지 않습니다.
nisin은 P. gingivalis, P. intermedia, A. actinomycetemcomitans, F. nucleatum, Treponema denticola와 같은 그람 음성 치주 병원균에 대한 항생물막 및 항균 효과를 보입니다.
L. lactis가 생산한 nisin은 S. aureus와 같은 약물 내성 구강 세균도 억제할 수 있습니다.
박테리오신의 작용 기전
박테리오신은 주로 세포막에 작용하여 표적 박테리아의 세포막을 파괴하거나 구멍을 내어 세포 내용물이 유출되게 합니다. 이로 인해 표적 박테리아는 생존할 수 없게 됩니다.
이러한 작용으로 박테리오신이 특정 박테리아에 대해 선택적으로 작용할 수 있게 하며, 이는 항생제 내성 문제를 해결하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다.
박테리오신의 응용
박테리오신은 식품 산업에서 식품 보존제로 널리 사용됩니다.
예를 들어, 니신은 치즈, 육류, 음료 등 다양한 식품의 보존제로 사용되어 식품의 유통기한을 연장하고 식품 안전성을 높이는 데 기여합니다.
또한, 박테리오신은 의학 분야에서도 주목받고 있습니다.
특히, 항생제 내성 세균의 증가로 인해 박테리오신은 새로운 항균제 개발의 중요한 후보로 고려되고 있습니다.
박테리오신은 특정 병원균에 대해 선택적으로 작용할 수 있어, 인체에 유익한 미생물군을 보호하면서 병원균만을 억제할 수 있는 장점이 있습니다.
박테리오신의 미래
박테리오신의 연구는 아직 초기 단계에 있지만, 그 잠재력은 매우 크다고 할 것으로 보입니다.
특히, 구강 건강 관리, 피부 감염 치료, 장내 미생물 균형 조절 등 다양한 분야에서 박테리오신의 응용 가능성이 탐구되고 있습니다. 따라서, 앞으로 박테리오신의 구조와 기능에 대한 더 많은 연구가 진행된다면, 이는 새로운 항균 치료제 개발에 큰 기여를 할 것으로 기대됩니다.
결론적으로, 박테리오신은 자연계에서 박테리아가 생존을 위해 사용하는 강력한 무기이며, 식품 보존 및 의학적 응용에서 중요한 역할을 할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 이러한 특성 덕분에 박테리오신은 미래의 항균제 개발에 있어 중요한 연구 대상이 되고 있습니다.
관련 논문
관련 총설 문헌을 간략히 살펴보겠습니다.
Nat Rev Microbiol. 2024 Sep;22(9):556-571. doi: 10.1038/s41579-024-01045-x. Epub 2024 May 10.
박테리오신의 다양성, 기능, 항균제로서의 발견 및 응용(Bacteriocin diversity, function, discovery and application as antimicrobials)
박테리오신은 박테리아가 생성하는 강력한 항균 펩타이드입니다.
거의 1세기 전에 발견된 이래로 다양한 펩타이드가 발견되어 설명되었으며, 일부는 현재 상업용 식품 방부제로 사용되고 있습니다.
많은 박테리오신은 복잡한 유전자 클러스터에 인코딩된 광범위하게 번역 후 변형된 구조를 나타내는 반면,
다른 박테리오신은 단순한 선형 구조를 가지고 있습니다.
여러 박테리오신의 분자 구조, 작용 메커니즘 및 내성은 결정되었지만 대부분은 아직 완전히 특성화되지 않았습니다.
이러한 유전자 인코딩 펩타이드는 생물공학 전략과 이종 발현에 적합하여 메타게놈 마이닝과 새로운 항균제의 수정이 가능합니다. 현재 진행 중인 글로벌 항균제 내성 위기는 감염성 병원균과 싸우기 위해 새로운 치료법을 개발해야 한다는 것을 요구합니다. 표적 특이적이고 상주 미생물과 호환되는 새로운 화합물은 현재 항균제에 대한 귀중한 대안이 될 것입니다. 박테리오신은 본질적으로 광범위하거나 좁은 스펙트럼을 가질 수 있으므로 이러한 목적에 유망한 도구입니다.
그러나 임상 전 시험을 넘어선 박테리오신은 거의 없으며 현재 인간에게 치료적으로 사용되는 것은 없습니다.
본 논문에서는 박테리오신 구조와 기능의 광범위한 다양성을 살펴보고, 식별 및 최적화 방법을 설명하며, 이러한 잠재적으로 귀중한 항균제가 실험실 밖에서는 번역되지 않는 이유를 논의합니다.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38730101/
Bacteriocin diversity, function, discovery and application as antimicrobials - PubMed
Bacteriocins are potent antimicrobial peptides that are produced by bacteria. Since their discovery almost a century ago, diverse peptides have been discovered and described, and some are currently used as commercial food preservatives. Many bacteriocins e
pubmed.ncbi.nlm.nih.gov
또 다른 최신 논문을 살펴보겠습니다.
BMC Bioinformatics. 2023 Jan 20;24(1):24. doi: 10.1186/s12859-022-05106-x.
BADASS: BActeriocin-Diversity 평가 소프트웨어(BADASS: BActeriocin-Diversity ASsessment Software)
배경: 박테리오신은 분류학적으로 관련된 종에 대한 생물학적 활성을 가진 박테리아가 생성하는 열 불안정성 펩타이드로 정의됩니다. 이러한 항균 펩타이드는 질병 치료, 식품 보존 및 프로바이오틱스를 포함한 광범위한 응용 분야가 있습니다. 그러나 산업 및 생명공학적 응용 가능성이 크더라도 이러한 펩타이드는 여전히 연구 및 탐색이 부족합니다.
BADASS는 전체 메타게놈 샷건 시퀀싱 데이터에서 박테리오신 다양성을 검색하고 분석하는 데 적용되는 사용자 친화적인 그래픽 인터페이스를 갖춘 소프트웨어입니다.
결과: 박테리오신 시퀀스 검색은 BAGEL4 데이터베이스를 기준으로 BLAST 또는 DIAMOND와 같은 도구를 사용하여 수행됩니다. 식별된 추정 박테리오신 시퀀스는 세 가지 박테리오신 클래스의 풍부함과 풍부함을 결정하는 데 사용됩니다.
풍부함은 SILVA 데이터베이스를 기준으로 박테리오신으로 식별된 판독 값과 16S rRNA 유전자로 식별된 판독 값을 비교하여 계산합니다.
BADASS는 원시 데이터의 품질 평가로 시작하는 완전한 파이프라인을 갖추고 있습니다. 분석이 끝나면 BADASS는 풍부도와 풍부도에 대한 여러 플롯을 자동으로 생성하고 주요 박테리오신에 대한 정보가 포함된 표 형식 파일도 생성합니다.
사용자는 그래픽 인터페이스에서 분석의 주요 매개변수를 변경할 수 있습니다. 소프트웨어 작동 방식을 보여주기 위해 기본 매개변수를 사용하는 WMS 연구의 네 가지 데이터 세트를 사용했습니다. 4가지 데이터 세트에서 가장 풍부한 박테리오신은 란티바이오틱스였습니다. 이 종류의 박테리오신은 일반적으로 Streptomyces sp.에서 생성됩니다.
결론: 사용자 친화적인 그래픽 인터페이스와 완전한 파이프라인을 갖춘 BADASS는 Whole-Metagenome Shotgun Sequencing(WMS) 데이터에서 박테리오신 시퀀스를 조사하는 강력한 도구임이 입증되었습니다. 이 도구는 https://sourceforge.net/projects/badass/에서 공개적으로 사용할 수 있습니다.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36670373/
BADASS: BActeriocin-Diversity ASsessment Software - PubMed
With a user-friendly graphical interface and a complete pipeline, BADASS proved to be a powerful tool for prospecting bacteriocin sequences in Whole-Metagenome Shotgun Sequencing (WMS) data. This tool is publicly available at https://sourceforge.net/projec
pubmed.ncbi.nlm.nih.gov
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