New insights into enterocin CRL35: mechanism of action and immunity revealed by heterologous expression in Escherichia coli

The role of the class IIa bacteriocin membrane receptor protein remains unclear, and the following two different mechanisms have been proposed: the bacteriocin could interact with the receptor changing it to an open conformation or the receptor might act as an anchor allowing subsequent bacteriocin insertion and membrane disruption. Bacteriocin-producing cells synthesize an immunity protein that forms an inactive bacteriocin–receptor–immunity complex. To better understand the molecular mechanism of enterocin CRL35, the peptide was expressed as the suicidal probe EtpM-enterocin CRL35 in Escherichia coli, a naturally insensitive microorganism since it does not express the receptor. When the bacteriocin is anchored to the periplasmic face of the plasma membrane through the bitopic membrane protein, EtpM, E. coli cells depolarize and die. Moreover, co-expression of the immunity protein prevents the deleterious effect of EtpM-enterocin CRL35. The binding and anchoring of the bacteriocin to the membrane has demonstrated to be a sufficient condition for its membrane insertion. The final step of membrane disruption by EtpM-enterocin CRL35 is independent from the receptor, which means that the mannose PTS might not be involved in the pore structure. In addition, the immunity protein can protect even in the absence of the receptor.Fil: Barraza, Daniela Estefanía. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; ArgentinaFil: Ríos Colombo, Natalia Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; ArgentinaFil: Galván, Adriana Emilce. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; ArgentinaFil: Acuña, Leonardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; ArgentinaFil: Minahk, Carlos Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; ArgentinaFil: Bellomio, Augusto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; ArgentinaFil: Chalon, Miriam Carolina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; Argentin

The case for class II bacteriocins: A biophysical approach using “suicide probes” in receptor-free hosts to study their mechanism of action

Class II bacteriocins are unmodified membrane-active peptides that act over a narrow spectrum of target bacteria. They bind a specific receptor protein on the membrane to form a pore, leading to membrane permeabilization and cell death. However, little is known about the molecular events triggering the pore formation after the bacteriocin recognizes the receptor. It is not clear yet if the pore is the same receptor forced into an open conformation or if the pore results from the bacteriocin insertion and oligomeric assembly in the lipid bilayer. In order to reveal which model is more suitable to explain the toxicity mechanism, in this work we use chimeric peptides, resulting from the fusion of the bitopic membrane protein EtpM with different class II bacteriocins: enterocin CRL35, pediocin PA-1 and microcin V. E. coli strains lacking the specific receptors for these bacteriocins were chosen as expression hosts. As these constructs display a lethal effect when they are heterologously expressed, they are called “suicide probes”. The results suggest that, indeed, the specific receptor would act as a docking molecule more than as a structural piece of the pore, as long as the bacteriocin is somehow anchored to the membrane. These set of chimeric peptides also represent an in vivo system that allows to study the interaction of the bacteriocins with real bacterial membranes, instead of model membranes. Hence, the effects of these suicide probes in membrane fluidity and transmembrane potential were also assessed, using fluorescence spectroscopy. The data show that the different suicide probes are able to increase phospholipid order and depolarize the membranes of receptor-free bacterial cells.Fil: Ríos Colombo, Natalia Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Bioquímica, Química y Farmacia. Instituto de Química Biológica; ArgentinaFil: Chalon, Miriam Carolina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Bioquímica, Química y Farmacia. Instituto de Química Biológica; ArgentinaFil: Dupuy, Fernando Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Bioquímica, Química y Farmacia. Instituto de Química Biológica; ArgentinaFil: Gonzalez, Claudio Fabricio. University of Florida; Estados UnidosFil: Bellomio, Augusto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Bioquímica, Química y Farmacia. Instituto de Química Biológica; Argentin

In vivo systems to study class II bacteriocins toxicity and immunity

Class II bacteriocins are membrane-active peptides that act over a narrowspectrum of bacterial targets and have a great potential application as antibioticsin medical sciences. They act on the cytoplasmic membrane dissipating thetransmembrane potential by forming pores. There is solid evidence thatmembrane receptor proteins are necessary for their function, however the preciserole of this receptor and the nature of the pore remain elusive. The most acceptedmodel suggest that bacteriocins bind the receptor to change its conformation,creating a channel that remains open. Nonetheless, several studies support asecond model in which the bacteriocin is able to disrupt the membrane itself andthe receptor might act just as an anchor allowing the subsequent bacteriocininsertion to form the pore. In order to reveal whether or not the pore structureinvolves the specific receptor, we designed chimeric peptides fusing themembrane protein EtpM with different class II bacteriocins. We chose E. coli as areceptor-free expression host. The fusion EtpM-bacteriocin anchors eachbacteriocin to the membrane and kills the expressing host cell, even in theabsence of the specific receptor. These results are in line with the second model inwhich the pore is formed through a receptor-independent interaction with the lipidbilayer. The effect of these interactions was also analyzed, through a fluorophorethat changes its fluorescence intensity according to transmembrane potential.On the other hand, an immunity protein protects the producer strain against itsown bacteriocin. For antimicrobials under investigation for clinical applications, thepotential emergence of resistant pathogens and the study of immune mechanismsare a primary concern. Though no direct in vitro interaction bacteriocin-immunityhas been reported before, by using an in vivo system, we present evidence thatthis binding might occur, not in aqueous solution but in a membrane inserted .Fil: Ríos Colombo, Natalia Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; ArgentinaFil: Chalon, Miriam Carolina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; ArgentinaFil: Galván, Adriana Emilce. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; ArgentinaFil: Navarro, Silvia Adriana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; ArgentinaFil: Lanza, Lucía. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; ArgentinaFil: Barraza, Daniela Estefanía. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; ArgentinaFil: Acuña, Leonardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; ArgentinaFil: Fernandez de Ullivarri, Miguel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; ArgentinaFil: Minahk, Carlos Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; ArgentinaFil: Bellomio, Augusto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; ArgentinaXLVII Reunión Anual de la Sociedad Argentina de BiofísicaLa PlataArgentinaSociedad Argentina de Biofísic

Pediocin-like bacteriocins: new perspectives on mechanism of action and immunity

This review attempts to analyze the mechanism of action and immunity of class IIa bacteriocins. These peptides are promising alternative food preservatives and they have a great potential application in medical sciences. Class IIa bacteriocins act on the cytoplasmic membrane of Gram-positive cells dissipating the transmembrane electrical potential by forming pores. However, their toxicity and immunity mechanism remains elusive. Here we discuss the role of the mannose phosphotransferase system (man-PTS) as the receptor for class IIa bacteriocins and the influence of the membrane composition on the activity of these antimicrobial peptides. A model that is consistent with experimental results obtained by different researchers involves the non-specific binding of the bacteriocin to the negatively charged membrane of target bacteria. This step would facilitate a specific binding to the receptor protein, altering its functionality and forming an independent pore in which the bacteriocin is inserted in the membrane. An immunity protein could specifically recognize and block the pore. Bacteriocins function in bacterial ecosystems and energetic costs associated with their production are also discussed. Theoretical models based on solid experimental evidence are vital to understand bacteriocins mechanism of action and to promote new technological developments.Fil: Ríos Colombo, Natalia Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; ArgentinaFil: Chalon, Miriam Carolina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; ArgentinaFil: Navarro, Silvia Adriana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; ArgentinaFil: Bellomio, Augusto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; Argentin

Microcin J25 inhibits ubiquinol oxidase activity of purified cytochrome bd-I from Escherichia coli

Microcin J25 (MccJ25), an antimicrobial peptide, targets the respiratory chain but the exact mechanism by which it does so remains unclear. Here, we reveal that MccJ25 is able to inhibit the enzymatic activity of the isolated cytochrome bd-I from E. coli and induces at the same time production of reactive oxygen species. MccJ25 behaves as a dose-dependent weak inhibitor. Intriguingly, MccJ25 is capable of producing a change in the oxidation state of cytochrome bd-I causing its partial reduction in the presence of cyanide. These effects are specific for cytochrome bd-I, since the peptide is not able to act on purified cytochrome bo 3 .Fil: Galván, Adriana Emilce. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; ArgentinaFil: Chalon, Miriam Carolina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; ArgentinaFil: Ríos Colombo, Natalia Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; ArgentinaFil: Schurig Briccio, Lici Ariane. University of Illinois; Estados UnidosFil: Sosa Padilla Araujo, Bernardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; ArgentinaFil: Gennis, Robert B.. University of Illinois; Estados UnidosFil: Bellomio, Augusto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; Argentin

Obtaining an Ent35-MccV derivative with mutated hinge region that exhibits increased activity against listeria monocytogenes and escherichia coli

The present paper describes the generation of derivatives from the hybrid peptide called Ent35-MccV, active against Gram-positive and Gram-negative bacteria. This peptide has a triple glycine hinge region between enterocin CRL35 and microcin V. In order to obtain variants of Ent35-MccV with greater biotechnological potential, a saturation mutagenesis was carried out in the hinge region. As a result, we obtained a bank of E.coli strains expressing different mutated hybrid bacteriocins in the central position of the hinge region. From all these variants, we found that the one bearing a tyrosine in the central region of the hinge (Ent35-GYG-MccV) is 2-fold more active against E. coli and 4-fold more active against Listeria than the original peptide Ent35-MccV. This derivative was purified and characterized. The development and evaluation of alternative hinges for Ent35-MccV represents a step forward in the bioengineering of antimicrobial peptides. This approach fosters the rational design of peptides with enhanced antimicrobial activity.Fil: Navarro, Silvia Adriana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Bioquímica, Química y Farmacia. Instituto de Química Biológica; ArgentinaFil: Lanza, Lucía. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Bioquímica, Química y Farmacia. Instituto de Química Biológica; ArgentinaFil: Ríos Colombo, Natalia Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Bioquímica, Química y Farmacia. Instituto de Química Biológica; ArgentinaFil: Fernandez de Ullivarri, Miguel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Bioquímica, Química y Farmacia. Instituto de Química Biológica; ArgentinaFil: Acuña, Leonardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Salta. Instituto de Patología Experimental. Universidad Nacional de Salta. Facultad de Ciencias de la Salud. Instituto de Patología Experimental; ArgentinaFil: Sosa Padilla Araujo, Bernardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; ArgentinaFil: Picariello, Gianluca. Consiglio Nazionale delle Ricerche; ItaliaFil: Bellomio, Augusto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Bioquímica, Química y Farmacia. Instituto de Química Biológica; ArgentinaFil: Chalon, Miriam Carolina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Bioquímica, Química y Farmacia. Instituto de Química Biológica; Argentin