Биосинтез микроцина C и механизмы устойчивости клеток к антибиотику тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.26, кандидат биологических наук Новикова, Мария Владимировна

• Новикова, Мария Владимировна
• кандидат биологических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Новикова, Мария Владимировна

Список сокращений

1. ВВЕДЕНИЕ. Общая характеристика работы 6 1.1. Актуальность работы 6 1. 2. Цели и задачи исследования 8 1.3. Научная новизна и практическая значимость работы

1. 4. Апробация работы

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. Транспортные системы Enterobacteriaceae. 10 Микроцин С.

2. 1. Транспортные системы Enterobacteriaceae. 10 2. 1. 1. Строение клеточной стенки грамотрицательных бактерий 12 2. 1.2. Каналы и поры (класс 1)

2. 1. 2. 1. Порины

2. 1.2. 2. Специфичные каналы

2. 1. 2. 3. TonB-зависимые рецепторы

2. 1. 2. 4. Аквапорины

2. 1.3. Первичные переносчики (класс 3)

2. 1.3. 1. Подкласс АТФ-зависимые транспортёры

2. 1.3.2. Транспортные белки, функционирующие за счёт 47 энергии реакции декарбоксилирования

2. 1.4. Вторичные переносчики (класс 2)

2. 1.5. Фосфотрансферазная система (класс 4)

2. 1.6. Транспортёры электронов (класс 5)

2. 2. Микроцин С 58 2. 2. 1. Микроцины 58 2. 2. 2. Структура МсС 59 2. 2. 3. тсс оперон 60 2. 2. 4. Система транспорта МсС 61 2. 2. 5. Механизм действия МсС и его клеточная мишень 61 2. 2. 6. Процессинг антибиотика

3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

3. 1. Бактериальные штаммы 65 3. 2. Питательные среды

3.3. Отбор бактериальных колоний и их проверка на устойчивость 65 к антибиотикам

3.4. Метод ПЦР

3.5. Электрофорез в агарозном геле 68 3. 6. Извлечение фрагментов ДНК из агарозного геля 68 3. 7. Расщепление ДНК рестриктазами 68 3. 8. Лигирование фрагментов ДНК 69 3. 9. Приготовление химически компетентных клеток Е. coli 69 3. 10. Трансформация компетентных клеток Е. coli

3.11. Получение конструкций рЕТ-тссЕ, рЕТ-тссЕ1 и рЕТmccE°TD, а также введение мутаций в последовательность тсс оперона

3. 12. Трансдукция

3.13. Выделение микроцина

3.14. Анализ антибактериальной активности фракций МсС

3.15. Тест на наличие продукции МсС

3.16. Определение чувствительности клеток к МсС (или другим 73 соединениям)

3.17. Процессинг МсС 73 3. 18. Сверхпродукция белка 74 3.19. Выделение рекомбинантного белка на Ni-NTA-агарозе 74 3. 20. Электрофорез белков в полиакриламидном геле 75 3.21. Ацетилтрансферазная реакция in vitro 75 3. 22. Реакция аминоацилирования 76 3. 23. ТХУ осаждение белков

3. 24. Биоинформатический анализ нуклеотидных и 77 аминокислотных последовательностей

4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ

4. 1. Биосинтез МсС 78 4. 1. 1. Формы МсС, продуцируемые клетками, содержащими тссАВСЕ

4. 1.2. Картирование старта тссЕ

4. 1.3. Формы МсС, продуцируемые клетками, содержащими „ . mccABCD

4. 1.4. McCl 120: структура и антибактериальная активность

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Биосинтез микроцина C и механизмы устойчивости клеток к антибиотику»

С открытия и выделения пенициллина в 30-40-х годах XX века началось массовое применение антибиотиков в качестве медицинских препаратов для лечения заболеваний, вызываемых микроорганизмами. К сожалению, практически в то же время было обнаружено, что постоянное использование одних и тех же антибактериальных соединений может приводить к появлению устойчивости к их действию у микроорганизмов. Ученые предполагают, что в недалёком будущем существующие антибиотики могут исчерпать свой потенциал, так как патогенные микроорганизмы приобретут резистентность к широкому спектру антибактериальных соединений. В связи с этим открытие и исследование новых антибиотиков, а также изучение механизмов устойчивости клеток к ним являются крайне актуальными вопросами современной микробиологии.

В настоящее время широко изучаются микроцины - антибактериальные вещества, продуцируемые энтеробактериями. В отличие от большинства антибиотиков, синтезируемых специальными ферментами без участия рибосом, микроцины - это пептиды, закодированные в ДНК (чаще всего их гены располагаются на плазмидах) и синтезируемые на рибосомах. Характерной особенностью микроцинов является низкая молекулярная масса, не превышающая 10 кДа (Asensio & Perez-Diaz, 1976). Наибольший интерес в последние годы привлекают микроцины, подвергающиеся сложным посттрансляционным модификациям, в результате которых могут образовываться самые необычные структуры. К таким посттрансляционно модифицированным микроцинам и относится микроцин С (МсС), а также два других микроцина - микроцин В и микроцин J. Специфический ингибитор ДНК-гиразы микроцин В - богатый остатками глицина пептид, содержащий четыре тиозольных и четыре оксазольных кольца (Destoumieux-Garzon et al., 2002; Vizan et al., 1991; Li et al., 1996). Микроцин J - пептид, состоящий из 21 аминокислоты и имеющий необычную структуру «протянутого лассо». N-концевой глицин микроцина J образует лактамовую связь с карбоксильной группой остатка глутаминовой кислоты в восьмом положении (Bayro el al., 2003; Rosengren et al., 2003; Wilson et al., 2003). В результате образуется кольцо, через которое пропущен С-конец молекулы. Микроцин J ингибирует транскрипцию, связываясь с аминокислотными остатками вторичного канала бактериальной РНК-полимеразы и предотвращая доступ субстратов (рибонуклеозидтрифосфатов) к каталитическому центру (Adelman et al., 2004; Mukhopadhyay et al., 2004).

McC является нуклеотид-гептапептидом, который ингибирует синтез белка в чувствительных клетках. Его структура и механизм действия были открыты сотрудниками Института молекулярной генетики РАН и Института биологии гена РАН. Мишенью МсС является одна из аминоацил-тРНК-синтетаз - аспартил-тРНК-синтетаза (AspRS). Сам нуклеотид-гептапептид является неактивной транспортной формой антибиотика; для перехода в активное состояние МсС должен подвергнуться процессингу внутриклеточными пептидазами. В результате высвобождается активная часть -негидролизуемый аспартил-аденилат (процессированный МсС), который и ингибирует AspRS (Metlitskaya et al., 2006).

Такой необычный механизм действия по аналогии со стратегией, использованной древними греками для захвата Трои, получил название стратегия Троянского коня. Подобный механизм действия также описан для ряда других антибиотиков (альбомицина, агроцина 84, фосфонопептидов) (Braun et al., 1983; Reader et al., 2005).

Следует отметить, что к моменту начала данной работы МсС являлся наименее изученным антибиотиком в группе посттрансляционно модифицированных микроцинов. Кроме его структуры и открытого недавно механизма действия, оставались не до конца изученными синтез МсС, его процессинг, регуляция экспрессии микроцинового оперона mccABCDE, транспорт антибиотика в чувствительные клетки, а также механизмы клеточной устойчивости клеток к МсС. В рамках настоящей работы были получены новые данные по некоторым из вышеперечисленных вопросов.

1. 2. Цели и задачи исследования

Основной целью данной работы являлось изучение механизма созревания МсС, а также определение механизмов устойчивости клеток к антибиотику.

В работе были поставлены следующие задачи:

1. Выяснить роль продуктов генов mccD и тссЕ микроцинового оперона mccABCDE в синтезе МсС.

2. Исследовать роль МссЕ в обеспечении устойчивости клеток к антибиотику.

3. Идентифицировать систему транспорта МсС в клетку.

1. 3. Научная новизна и практическая значимость работы

В ходе работы получены новые данные по механизму синтеза МсС. Впервые установлена роль продуктов генов mccD и тссЕ микроцинового оперона в созревании антибиотика и определены интермедиатные формы МсС, образующиеся в процессе синтеза.

Открыт и изучен один из механизмов устойчивости клеток к МсС за счёт действия МссЕ. Доказано, что С-концевой домен МссЕ ацетилирует процессированный МсС и тем самым нейтрализует его ингибирующее действие.

Идентифицирован ABC транспортёр YejABEF, который является единственным комплексом внутренней мембраны Е. coli, отвечающим за транспорт антибиотика из периплазматического пространства в цитоплазму.

Полученные в данной работе результаты расширяют представления о механизме созревания МсС, транспорте антибиотика, а также о механизмах клеточной устойчивости к МсС и могут быть использованы для решения ряда прикладных задач, например, для химического синтеза МсС и МсС-подобных соединений или для создания более эффективных антибактериальных препаратов на основе МсС.

1. 4. Апробация работы

По результатам диссертационной работы опубликовано 3 статьи. Основные положения и результаты работы были представлены на следующих конференциях: 1) «АТР-Binding Cassette (ABC) Proteins: From Multidrug Resistance to Genetic Diseases», March 1 - 8, 2008, Innsbruck, Austria; 2) «IV съезд Российского общества биохимиков и молекулярных биологов», 11-15 мая, 2008, Новосибирск, Россия; 3) «FEBS Practical Course on Protein interaction modules», April 18-25, 2009, Split, Croatia; 4) «VIII European Symposium of The Protein Society», June 14 - 18, 2009, Zurich, Switzerland; 5) IV Российский симпозиум «Белки и пептиды», 23 — 27 июня, 2009, Казань, Россия; 6) 3rd Congress of European Microbiologists: «Microbes and Man - interdependence and future challenges», June 28 - July 2, 2009, Gothenburg, Sweden.

Заключение диссертации по теме «Молекулярная генетика», Новикова, Мария Владимировна

6. выводы

1. Продукты генов mccD и тссЕ микроцинового оперона mccABCDE отвечают за присоединение аминопропильной группы к гептапептид-нуклеотиду МсС.

2. Наличие аминопропильной группы в составе зрелого МсС приводит к увеличению антибактериальной активности соединения за счёт повышения сродства к белку-мишени - AspRS.

3. МссЕ является частью системы, обеспечивающей устойчивость клеток к МсС. С-концевой домен этого белка является ацетилтрансферазой, которая переносит ацетильную группу на процессированный МсС, и такая модифицированная форма антибиотика не ингибирует AspRS. Ацетилтрансферазная активность МссЕ не важна для синтеза антибиотика.

4. ABC транспортёр YejABEF - это единственный комплекс белков внутренней мембраны Е. coli, ответственный за транспорт МсС через цитоплазматическую мембрану в цитоплазму клетки. Мутации в каждом из генов оперона yejABEF приводят к устойчивости к МсС.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в научных журналах:

1. Metlitskaya, A., Kazakov Т., Vondenhoff G. Н., Novikova М., Shashkov А., Zatsepin Т., Semenova Е., Zaitseva N., Ramensky V., Van Aerschot A., and Severinov K. 2009. Maturation of Translation Inhibitor Microcin C. J Bacteriol. 191: 2380-7.

2. Kazakov, Т., Vondenhoff G.H., Datsenko K.A., Novikova M- Metlitskaya A., Wanner B.L., Severinov K. 2008. Escherichia coli peptidase A, B, or N can process translation inhibitor microcin C. J Bacteriol. 190: 2607-10.

3. Novikova. M., Metlitskaya A., Datsenko K., Kazakov Т., Kazakov A., Wanner В., Severinov K. 2007. The Escherichia coli Yej Transporter Is Required for the Uptake of Translation Inhibitor Microcin C. J Bacteriol. 189: 8361- 8365.

Тезисы конференций:

1. Novikova, M., Metlitskaya A. Z., Kazakov, T. S., Datsenko K., Vondenhoff G.H., Severinov K. Microcin C: biosynthesis, transport, processing of the translation inhibitor. 3rd Congress of European Microbiologists: «Microbes and Man - interdependence and future challenges», Gothenburg, Sweden, June 28 - July 2, 2009.

2. Новикова M. В., Метлицкая A. 3., Казаков Т. С., Vondenhoff G. H., Северинов К. В. Разработка нанолекарств на основе антибактериального пептида микроцина С. IV Российский симпозиум «Белки и пептиды», Казань, Россия, 23 - 27 июня 2009.

3. Novikova. М. Metlitskaya A. Z., Kazakov, Т. S., Vondenhoff G.H., Severinov К. Dissecting the functions of the products of microcin С biosynthetic operon. VIII European Symposium of The Protein Society, Zurich, Switzerland June 14-18, 2009.

4. Novikova, M., Metlitskaya A. Z., Kazakov, T. S., Vondenhoff G.H., Severinov K. Microcin C: transport, biosynthesis and mechanism of action. FEBS Practical Course on Protein interaction modules, Split, Croatia, April 18 - 25, 2009.

5. Новикова M. В., Метлицкая A. 3., Казаков Т. С., Vondenhoff G. H., Северинов К. В. Мик'роцин С: биосинтез, транспорт и механизм действия. «IV съезд Российского общества биохимиков и молекулярных биологов», Новосибирск, Россия, 11-15 мая, 2008.

6. Novikova, М., Metlitskaya A., Datsenko К., Kazakov Т., Kazakov А., Severinov К. The Escherichia coli ABC Transporter Yej Is Required for the Uptake of Antibiotic Microcin C. 2008. ATP-Bhiding Cassette (ABC) Proteins: From Multidrug Resistance to Genetic Diseases, Innsbruck, Austria, March 1-8, 2008.

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Открытие и изучение новых антибиотиков имеет большое практическое значение не только для медицины, но и для фундаментальных исследований, поскольку позволяет расширить представления о важнейших клеточных процессах. Наша исследовательская работа была посвящена изучению антибиотика МсС, нового ингибитора синтеза белка. Экспериментальная часть данной работы включала изучение следующих вопросов - биосинтеза МсС, механизма устойчивости клеток к антибиотику за счёт продукта гена тссЕ микроцинового оперона и идентификация системы транспорта МсС.

Нам удалось определить, что продукты генов mccD и тссЕ оперона mccABCDE необходимы -для присоединения аминопропильной группы к нуклеотид-гептапептиду МсС: в отсутствии функционально активного продукта как первого, так и второго гена не происходит синтеза зрелого МсС, а образуется его предшественник - МсС 1120, у которого отсутствует аминопропильная группа. Однако механизмы синтеза аминопропильной группы и её присоединения пока не установлены.

Кроме того, в настоящей работе был открыт интересный механизм устойчивости клеток к МсС, в котором участвует МссЕ. Оказалось, что С-концевой домен белка обеспечивает «иммунитет» к антибиотику не за счёт действия на зрелый МсС, а за счёт ацетилирования процессированной формы антибиотика, что приводит к потери ингибиторных свойств негидролизуемого модифицированного аспартил-аденилата. Продолжая работу по изучению механизмов устойчивости к МсС, интересно будет выяснить механизм устойчивости к МсС за счёт продукта гена mccF оперона МсС7, который отсутствует в опероне МсС51.

В результате данной работы также был выявлен один из участников системы транспорта МсС в клетку - ABC транспортёр YejABEF. Однако на настоящий момент остаются неизвестными белки внешней мембраны, которые вместе с OmpF могут участвовать в транспорте МсС в периплазму клетки. Кроме того, система экспорта зрелого МсС из клетки-продуцента не изучена.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Новикова, Мария Владимировна, 2009 год

1. Adelman, К., J. Yuzenkova, A. La Porta, N. Zenkin, N. Lee, J. T. Lis, S. Borukhov, M. D. Wang, and K. Severinov. (2004). Molecular mechanism of transcription inhibition by peptide antibiotic Microcin J25. Mol. Cell 16: 753-762.

2. Altschul, S. F., T. L. Madden, A. A. Schaffer, J. Zhang, Z. Zhang, W. Miller, and D. J. Lipman. (1997). Gapped BLAST and PSI-BLAST: a new generation of protein database search programs. Nucleic Acids Res. 25: 3389-3402.

3. Asensio, C., and J. C. Perez-Diaz. (1976). A new family of low molecular weight antibiotics from enterobacteria. Biochem. Biophys. Res. Commun. 69: 7-14.

4. Atlung, Т., and H. Ingmer. (1997). H-NS a modulator of environmentally regulated gene expression. Mol. Microbiol. 24: 7-17.

5. Barrett A. J., N. D. Rawlings, and J. F. Woessner. (1998). Handbook of proteolytic enzymes. Academic Press, San Diego, Calif.

6. Basle, A., G. Rummel, P. Storici, J. P. Rosenbusch, and T. Schirmer. (2006). Crystal Structure of Osmoporin OmpC from E. coli at 2.0 A. J. Mol. Biol. 362: 933-42.

7. Batchelor, E., D. Walthers, L. J. Kenney, and M. Goulian. (2005). The Escherichia coli CpxA-CpxR Envelope Stress Response System Regulates Expression of the Porins OmpF and OmpC. J. Bacteriol. 187: 5723-5731.

8. Bauer, К., M. Struyve, D. Bosch, R. Benz, and J. Tommassen. (1989). One single lysine residue is sresponsible for the special interaction between polyphosphates and the outer membrane porin PhoE of Escherichia coli. J. Biol. Chem. 264: 1639316398

9. Bayro, M. J., J. Mukhopadhyay, G. V. Swapna, J. Y. Huang, L. С. Ma, E. Sineva, P. E. Dawson, G. T. Montelione, and R. H. Ebright. (2003). Structure of antibacterial peptide microcin J25: a 21-residue lariat protoknot. J. Am. Chem. Soc. 125: 1238212383.

10. Behlau, M., D. J. Mills, H. Quader, W. Kuhlbrandt, and J. Vonck. (2001). Projection structure of the monomeric porin OmpG at 6 A resolution. J. Mol. Biol. 305: 71-77.

11. Berkane, E., F. Orlik, A. Charbit, C. Danelon, D. Fournier, R. Benz, and M. Winterhalter. (2005). Nanopores: maltoporin channel as a sensor for maltodextrin and lambda-phage. J. Nanobiotechnology 3: 3-6.

12. Bode, R., A. M. Thurau, and H. Schmidt. (1993). Characterization of acetyl-CoA: L-lysine N6-acetyltransferase, which catalyses the first step of carbon catabolism from lysine in Saccharomyces cerevisiae. Arch. Microbiol. 160: 397-400.

13. Braun, V. (1995). Energy-coupled transport and signal transduction through the Gram-negative outer membrane via TonB-ExbB-ExbD-dependent receptor proteins. FEMS Microbiol. Rev. 16: 295-307.

14. Braun, V., K. Gunthner, K. Hantke, and Zimmermann. (1983). Intracellular activation of albomycin in Escherichia coli and Salmonella typhimurium. J. Bacteriol. 156: SOS-SIS.

15. Calamita, G., B. Kempf, M. Bonhivers, W. R. Bishai, E. Bremer, and P. Agre. 1998. Regulation of the Escherichia coli water channel gene aqpZ. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95:3627-3631.

16. Chakraborty R., E. Storey, and D. van der Helm. (2007). Molecular mechanism of ferricsiderophore passage through the outer membrane receptor proteins of Escherichia coli. Biometals 20: 263-274

17. Chen, J., G. Lu, J. Lin, A. L. Davidson, and F. A. Quiocho. (2003). A tweezers-like motion of the ATP-binding cassette dimer in an ABC transport cycle. Mol. Cell 12: 651-661.

18. Chen, J., S. Sharma, F. A. Quiocho, and A. L. Davidson. (2001). Trapping the transition state of an ATP-binding-cassette transporter: evidence for a concerted mechanism of maltose transport. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 98: 1525-1530.

19. Chen, S., A. Zhang, L. B. Blyn, and G. Storz. (2004). MicC, a second small-RNA regulator of Omp protein expression in Escherichia coli. J. Bacteriol. 186: 66896697.

20. Chiang, S. L., and E. J. Rubin. (2002). Construction of a mariner-based transposon for epitope-tagging and genomic targeting. Gene 296: 179-185.

21. Conlan, S., Y. Zhang, S. Cheley, and H. Bayley. (2000). Biochemical and biophysical characterization of OmpG: a monomelic porin. Biochemistry 39: 11845-11854.

22. Cowan, S. W., T. Schirmer, G. Rummel, M. Steiert, R. Ghosh, R. A. Pauptit, J. N. Jansonius, and J. P. Rosenbusch. (1992). Crystal structures explain functional properties of two Escherichia coli porins. Nature 358: 727-733.

23. Cursino, L., D. Smajs, J. Smarda, R. M. Nardi, J. R. Nicoli, E. Chartone-Souza, and A. M. Nascimento. (2006). Exoproducts of the Escherichia coli strain H22 inhibiting some enteric pathogens both in vitro and in vivo. J. Appl. Microbiol. 100: 821-829.

24. Davidson, A. L., E. Dassa, C. Orelle, and J. Chen. (2008). Structure, Function, and Evolution of Bacterial ATP-Binding Cassette Systems. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 72: 317-364.

25. Datsenko, K. A., and B. L. Wanner. (2000). One-step inactivation of chromosomal genes in Escherichia coli K-12 using PCR products. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97: 6640-6645.

26. Death, A., L. Notley, and T. Ferenci. (1993). Derepression of LamB protein facilitates outer membrane permeation of carbohydrates into Escherichia coli under conditions of nutrient stress. J. Bacteriol. 175: 1475-1483.

27. Denker, K., F. Orlik, B. Schiffler, and R. Benz. (2005). Site-directed Mutagenesis of the Greasy Slide Aromatic Residues Within the LamB (Maltoporin) Channel of Escherichia coli: Effect on Ion and Maltopentaose Transport. J. Mol. Biol. 352: 534550.

28. Destoumieux-Garzon, D., J. Peduzzi, and S. Rebuffat. (2002). Focus in modified microcins: structural features and mechanisms of action. Biochimie 84: 511- 519.

29. Deutscher, J., C. Francke, and P. W. Postma. (2006). How Phosphotransferase System-Related Protein Phosphorylation Regulates Carbohydrate Metabolism in Bacteria. Microbiology and Molecular Biology Reviews 70: 939-1031.

30. Di Berardino, M., and P. Dimroth. (1995). Synthesis of the oxaloacetate decarboxylase Na+ pump and its individual subunits in Escherichia coli and analysis of their function. Eur. J. Biochem. 231: 790-801.

31. Di Bernardino, M., and P. Dimroth. (1996). Aspartate 203 of the oxaloacetate decarboxylase (3-subunit catalyses both the chemical and vectorial reaction of the Na+ pump. EMBO J. 15: 1842-1849.

32. Dfaz-Guerra, L., F. Moreno, and J. L. San Millan. (1989). appR gene product activates transcription of microcin C7 plasmid genes. J. Bacteriol. 171: 2906-2908.

33. Dimroth, P., P. Jockel, and M. Schmid. (2001). Coupling mechanism of the oxaloacetate decarboxylase Na+pump. Biochim. Biophys. Acta 1505: 1-14.

34. Dippel, R., and W. Boos. (2005). The maltodextrin system of Escherichia coli: metabolism and transport. J. Bacteriol. 187:8322-8331.

35. DiRusso, С. С., and P. N. Black. (2004). Bacterial long-chain fatty acid transport: gateway to a fatty acid-responsive signalling system. J. Biol. Chem. 279: 4956349566.

36. Ducey, T. F., and D. W. Dyer. (2002). Rapid identification of EZ:TN™ transposon insertion sites in the genome of Neisseria gonorrhoeae. EPICENTRE Forum 9: 6-7.

37. Dumas, F., S. Frank, R. Koebnik, E. Maillet, A. Lustig, and P. Van Gelder. (2000) (a). Extended sugar slide function for the periplasmic coiled coil domain of ScrY. J. Mol. Biol. 300:687-695.

38. Dumas, F., R. Koebnik, M. Winterhalter, and P. Van Gelder. (2000) (6). Sugar eransport through maltoporin of Escherichia coli. Role of polar tracks. J. Biol. Chem. 275: 19747-19751.

39. Duquesne, S., D. Destoumieux-Garzon, J. Peduzzi, and S. Rebuffat. (2007). Microcins, gene-encoded antibacterial peptides from enterobacteria. Nat. Prod. Rep. 24: 708-734.

40. Dutzler, R., Y. F. Wang, P. J. Rizkallah, J. P. Rosenbusch, and T. Schirmer. (1996). Crystal structures of various maltooligosaccharides bound to maltoporin reveal a specific sugar translocation pathway. Structure 4: 127-134.

41. Eswaran, J., C. Hughes, and V. Koronakis. (2003). Locking TolC entrance helices to prevent protein translocation by the bacterial type I export apparatus. J. Mol. Biol. 327:309-315.

42. Eswarappa, S. M., К. K. Panguluri, M. Hensel, and D. Chakravortty. (2008). The yejABEF operon of Salmonella confers resistance to antimicrobial peptides and contributes to its virulence. Microbiology 154: 666-678.

43. Fajardo, D. A., J. Cheung, C. Ito, E. Sugawara, H. Nikaido, and R. Misra. (1998). Biochemistry and regulation of a novel Escherichia coli K-12 porin protein, OmpG, which produces unusually large channels. J. Bacteriol. 180: 4452^1459.

44. Felsenstein, J. (1996). Inferring phylogenies from protein sequences by parsimony, distance, and likelihood methods. Methods Enzymol. 266: 418-427.

45. Ferguson, A. D., E. Hofmann, J. W. Coulton, K. Diederichs, and W. Welte. (1998). Siderophore-mediated iron transport: crystal structure of FhuA with bound lipopolysaccharide. Science 282: 2215-2220.

46. Fetsch, E. E., and A. L. Davidson. (2002). Vanadate-catalyzed photocleavage of the signature motif of an ATP-binding cassette (ABC) transporter. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99: 9685-9690.

47. Fomenko, D. E., A. Z. Metlitskaya, J. Peduzzi, C. Goulard, G. Katrukha, L. V. Gening, S. Rebuffat, and I. A. Khmel. (2003). Microcin C51 plasmid genes: possible source of horizontal gene transfer. Antimicrob. Agents Chemother. 47: 2868-2874.

48. Fomenko, D., A. Veselovskii, and I. Khmel. (2001). Regulation of microcin C51 operon expression: the role of global regulators of transcription. Res. Microbiol. 152: 469-479.

49. Fsihi H., B. Kottwitz, and E. Bremer. (1993). Single amino acid substitutions affecting the substrate specificity of the Escherichia coli K-12 nucleoside-specific Tsx channel. J. Biol. Chem. 268: 17495-17503.

50. Fu, D., A. Libson, L. J. Miercke, C. Weitzman, P. Nollert, J. Krucinski, and R. M. Stroud. (2000). Structure of a glycerol-conducting channel and the basis for its selectivity. Science 290: 481-486.

51. Fukami-Kobayashi, K., Y. Tateno, and K. Nishikawa. (1999). Domain dislocation: a change of core structure in periplasmic binding proteins in their evolutionary history. J. Mol. Biol. 286:279-290.

52. Gonzalez-Pastor, J. E., J. L. San Millan, M. A. Castilla, and F. Moreno. (1995). Structure and organization of plasmid genes required to produce the translation inhibitor microcin C7. J. Bacteriol. 177: 7131-7134.

53. Goosen, N., and P. Van de Putte. (1995). The regulation of transcription initiation by integration host factor. Mol. Microbiol. 16: 1-7.

54. Grauschopf, U., J. R. Winther, P. Korber, T. Zander, P. Dallinger, and J. C. Bardwell. (1995). Why is DsbA such an oxidizing disulfide catalyst? Cell 83: 947-955.

55. Guijarro, J. I., J. E. Gonzalez-Pastor, F. Baleux, J. L. San Millan, M. A. Castilla, M. Rico, F. Moreno, M. Delepierre. (1995). Chemical structure and translation inhibition studies of the antibiotic microcin C. J. Biol. Chem. 270: 23520-23522.

56. Hazelbauer, G. L. (1975). Role of the receptor for bacteriophage lambda in the functioning of the maltose chemoreceptor of Escherichia coli. J. Bacteriol. 124: 119126.

57. James K. J., M. A. Hancock, V. Moreau, F. Molina, and J. W. Coulton. (2008). TonB induces conformational changes in surface-exposed loops of FhuA, outer membrane receptor of Escherichia coli. Protein Science 17: 1679-1688.

58. Jeanteur, D., J. H. Lakey, and F. Pattus. (1991). The bacterial porin superfamily: sequence alignment and structure prediction. Mol. Microbiol. 5: 2153-2164.

59. Jensen, M. 0., U. Rothlisberger, and C. Rovira. (2005). Hydroxide and proton migration in aquaporins. Biophys. J. 89: 1744-1759.

60. Jockel, P., M. Di Bernardino, and P. Dimroth. (1999). Membrane topology of the P-subunit of the oxaloacetate decarboxylase Na+ pump from Klebsiella pneumoniae. Biochemistry 38: 13461-13472

61. Kazakov, Т., G. H. Vondenhoff, K. A. Datsenko, M. Novikova, A. Metlytskaya, B. L. Wanner, and K. Severinov. (2008). E. coli Peptidases A, B, or N Can Process Translation Inhibitor Microcin C. J. Bacteriol. 190: 2607-2610

62. Kennedy, K. A., and B. Traxler. (1999). MalK forms a dimer independent of its assembly into the MalFGK2 ATP-binding cassette transporter of Escherichia coli. J. Biol. Chem. 274: 6259-6264.

63. Kenney, L. J. (1997). Kinase activity of EnvZ, an osmoregulatorysignal transducing protein of Escherichia coli. Arch. Biochem. Biophys. 346: 303-311.

64. Kerr, I. D. (2002). Structure and association of ATP-binding cassette transporter nucleotide-binding domains. Biochim. Biophys. Acta 1561: 47-64.

65. Killmann H., C. Herrmann, A. Torun, G. Jung, and V. Braun. (2002). TonB of Escherichia coli activates FhuA through interaction with the /^-barrel. Microbiology 148: 3497-3509.

66. Koebnik R. (1993). The molecular interaction between components of the TonB-ExbBD-dependent and of the TolQRA-dependent bacterial uptake systems. Mol. Microbiol. 9: 219-225.

67. Koebnik R., K. P. Locher, and P. Van Gelder. (2000). Structure and function of bacterial outer membrane proteins: barrels in a nutshell. Molecular Microbiology 37: 239-253.

68. Koronakis, V., J. Eswaran, and C. Hughes. (2004). Structure and function of TolC: The bacterial exit duct for proteins and drugs. Annu. Rev. Biochem. 73: 467-489.

69. Koronakis V, Sharff A, Koronakis E, Luisi B, Hughes C. (2000). Crystal structure of the bacterial membrane protein TolC central to multidrug efflux and protein export. Nature 405: 914-919.

70. Kullman, L., M. Winterhalter, and S. M. Bezrukov. (2002). Transport of maltodextrins through maltoporin: a single-channel study. Biophys. J. 82: 803-812.

71. Kumar, A., and H. P. Schweizer. (2005). Bacterial resistance to antibiotics: Active efflux and reduced uptake. Advanced Drug Delivery Reviews 57: 1486- 1513.

72. Martin, J. L., J. C. Bardwell, and J. Kuriyan. (1993). Crystal structure of the DsbA protein required for disulphide bond formation in vivo. Nature 365: 464-468.

73. Matsubara, M., and T. Mizuno. (1999). EnvZ-independent phosphotransfer signaling pathway of the OmpR-mediated osmoregulatory expression of OmpC and OmpF in Escherichia coli. Biosci. Biotechnol. Biochem. 63: 408-414.

74. Metlitskaya, A. Z., G. S. Katrukha, A. S. Shashkov, D. A. Zaitsev, T. A. Egorov, and I. A. Khmel. (1995). Structure of microcin C51, a new antibiotic with a broad spectrum of activity. FEBS Lett. 357: 235-238.

75. Metlitskaya, A., Kazakov Т., Vondenhoff G. H., Novikova M., Shashkov A., Zatsepin Т., Semenova E., Zaitseva N., Ramensky V., Van Aerschot A., and Severinov K. (2009). Maturation of Translation Inhibitor Microcin C. J Bacteriol. 191:2380-7.

76. Misra, R., and S. A. Benson. (1989). A novel mutation, cog, which results in production of a new porin protein (OmpG) of Escherichia coli K-12. J. Bacteriol. 171: 4105^4111.

77. Mukhopadhyay, J., E. Sineva, J. Knight, R. M. Levy, and R. H. Ebright. (2004). Antibacterial peptide microcin J25 inhibits transcription by binding within and obstructing the RNA polymerase secondary channel. Mol. Cell. 14: 739-751

78. Nakamoto, H., and J. C. Bardwell. (2004). Catalysis of disulfide bond formation and isomerization in the Escherichia coli periplasm. Biochim. Biophys. Acta. 1694: 111119.

79. Natale, P., T. Briiser, and A. J. Driessen. (2008). Sec- and Tat-mediated protein secretion across the bacterial cytoplasmic membrane—distinct translocases and mechanisms. Biochim. Biophys. Acta. 1778: 1735-56.

80. Nikaido, H. (2003). Molecular Basis of Bacterial Outer Membrane Permeability Revisited. Microbiology and Molecular Biology Reviews 67: 593-656

81. Nikaido, H., and E. Y. Rosenberg. (1983). Porin channels in Escherichia coli: studies with liposomes reconstituted from purified proteins. J. Bacteriol. 153:241-252

82. Nikaido, H., E. Y. Rosenberg, and J. Foulds. (1983). Porin channels in Escherichia coli: studies with beta-lactams in intact cells. J. Bacteriol. 153: 232-240.

83. Oldham, M. L., D. Khare, F. A. Quiocho, A. L. Davidson, and J. Chen. (2007). Crystal structure of a catalytic intermediate of the maltose transporter. Nature 450: 515-521.

84. Overbeeke, N., and B. Lugtenberg. (1980). Expression of outer membrane protein of Escherichia coli K12 by phosphate limitation. FEBS Lett. 112: 229-232.

85. Pawelek, P. D, N. Croteau, C. Ng-Thow-Hing, С. M. Khursigara, N. Moiseeva, M. Allaire, and J. W. Coulton. (2006). Structure of TonB in complex with FhuA, E.coli outer membrane receptor. Science 312: 1399-1402.

86. Phale, P. S., A. Philippsen, T. Kiefhaber, R. Koebnik, V. P. Phale, T.Schirmer, and J. P. Rosenbusch. (1998). Stability of trimeric OmpF porin: the contributions of the latching loop L2. Biochemistry 37: 15663-15670.

87. Postle, K., and R. J. Kadner. (2003). Touch and go: tying TonB to transport. Mol. Microbiol. 49: 869-882.

88. Postle, K., and R. A. Larsen. (2007). TonB-dependent energy transduction between outer and cytoplasmic membranes. Biometals 20: 453-465.

89. Prilipov, A., P. S. Phale, R. Koebnik, C. Widmer, and J. P. Rosenbusch. (1998). Identification and characterization of two quiescent porin genes, nmpC and ompN, in Escherichia coli BE. J. Bacteriol. 180: 3388-3392.

90. Pratt, L. A., and T. J. Silhavy. (1996). The response regulator SprE controls the stability of RpoS. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93: 2488-2492.

91. Ramensky, V., A. Sobol, N. Zaitseva, A. Rubinov, and V. Zosimov. (2007). A novel approach to local similarity of protein binding sites substantially improves computational drug design results. Proteins 69: 349-357.

92. Reader, J.S., P. T. Ordoukhanian, J. G. Kim, V. de Crecy-Lagard, I. Hwang, S. Farrand, and Schimmel. (2005). Major biocontrol of plant tumors targets tRNA synthetase. Science 309: 1533.

93. Rosenbusch, J. P. (1974). Characterization of the major envelope protein from Escherichia coli. Regular arrangement on the peptidoglycan and unusual dodecyl sulfate binding. J. Biol. Chem. 249: 8019-8029.

94. Rosengren, K. J., R. J. Clark, N. L. Daly, U. Goransson, A. Jones, and D. J. Craik. (2003). Microcin J25 has a threaded sidechain-to-backbone ring structure and not a head-to-tail cyclized backbone. J. Am. Chem. Soc. 125: 12475-12483.

95. Roush, R. F., E. M. Nolan, F. Lohr, and С. T. Walsh. (2008). Maturation of an Escherichia coli ribosomal peptide antibiotic by ATP-consuming N-P bond formation in microcin CI. J. Am. Chem. Soc. 130: 3603-3609.

96. Saier M. N. (2000). A Functional-Phylogenetic Classification System for Transmembrane Solute Transporters. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 64: 354-411.

97. Sansom, M. S., and R. J. Law. (2001). Membrane proteins: Aquaporins channels without ions. Curr. Biol. 11: R71-73.

98. Savage, D. F., P. F. Egea, Y. Robles-Colmenares, J. D. O'Connell, and R. M. Stroud. (2003). Architecture and selectivity in aquaporins: The 2.5 A X-ray structure of aquaporin Z. PLoS Biol. 1: 334-340.

99. Schirmer, Т., Т. A. Keller, Y.-F. Wang, and J. P. Rosenbusch. (1995). Structural basis for sugar translocation through maltoporin channels at 3.1 A resolution. Science 267: 512-514.

100. Schmid, К., R. Ebner, К. Jahreis, J. W. Lengeler, and F. Titgemeyer. (1991). A sugar-specific porin, ScrY, is involved in sucrose uptake in enteric bacteria. Mol. Microbiol. 5: 941-950.

101. Schuelein, K. (1991). The sugar-specific outer membrane channel ScrY contains functional characteristics of general diffusion pores and substratespecific porins. Mol. Microbiol. 5: 2233-2241.

102. Schulein, R., I. Gentschev, H. J. Mollenkopf, and W. Goebel. (1992). A topological model for the haemolysin translocator protein HlyD. Mol. Gen. Genet. 234: 155-163.

103. Schulz, G. E. (1993). Bacterial porins: structure and function. Curr. Opin.Cell Biol. 5: 701-707.

104. Severinov, К., E. Semenova, A. Kazakov, T. Kazakov, and M. S. Gelfand. (2007). The post-translationally modified microcins. Mol. Microbiol. 6: 1380-1394.

105. Shultis, D. D., M. D. Purdy, C. N. Banchs, and M. C. Wiener. (2006) (6). Outer membrane active transport: Structure of the BtuB:TonB complex. Science 312:13961399.

106. Siebold, С., K. Fliikiger, R. Beutler, and B. Erni. (2001). Carbohydrate transporters of the bacterial phosphoenolpyruvate: sugar phosphotransferase system (PTS). FEBS Lett. 504: 104-111.

107. Slauch, J. M., S. Garrett, D. E. Jackson, and T. J. Silhavy. (1988). EnvZ functions through OmpR to control porin gene expression in Escherichia coli K-12. J. Bacteriol. 170:439-441.1. V V

108. Struyve, M., M. Moons, and J. Tommassen. (1991). Carboxy-terminal phenylalanine is essential for the correct assembly of a bacterial outer membrane protein. J. Mol. Biol. 218: 141-148.

109. Takahashi, Y.H., К. Inaba, and К. Ito. (2004). Characterization of the menaquinonedependent disulfide bond formation pathway of Escherichia coli. J. Biol. Chem. 279: 47057-47065.

110. Thompson, J. D., T. J. Gibson, F. Plewniak, F. Jeanmougin, and D. G. Higgins. (1997). The CLUSTALX windows interface: flexible strategies for multiple sequence alignment aided by quality analysis tools. Nucleic. Acids. Res. 25: 48764882.

111. Ulmke, C., J. Kreth, J. W. Lengeler, W. Welte, and K. Schmid. (1999). Site-directed mutagenesis of loop L3 of sucrose porin ScrY leads to changes in substrate selectivity. J. Bacteriol. 181: 1920-1923.

112. Van den Berg, В., P. N. Black, W. M. Jr. Clemons, and Т. M. Rapoport. (2004). Crystal structure of the long-chain fatty acid transporter FadL. Science 304: 15061509.

113. Van Gelder, P., R. Dutzler, F. Dumas, R. Koebnik, and T. Schirmer. (2001). Sucrose transport through maltoporin mutants of Escherichia coli. Protein Eng. 14: 943-948.

114. Verdon, G., S. V. Albers, B. W. Dijkstra, A. J. Driessen, and A. M. Thunnissen. (2003). Crystal structures of the ATPase subunit of the glucose ABC transporter from

115. Sulfolobus solfataricus: nucleotide-free and nucleotidebound conformations. J. Mol. Biol. 330: 343-358.

116. Vetting, M. W., L. P. de Carvalho, S. L. Roderick, and J. S. Blanchard. (2005). A novel dimeric structure of the RimL Nalpha-acetyltransferase from Salmonella typhimurium. J. Biol. Chem. 280: 22108-22114.

117. Vizan, J. L., C. Hernandez-Chico, I. del Castillo, and F. Moreno. (1991). The peptide antibiotic microcin В17 induces double-strand cleavage of DNA mediated by E. coli DNA gyrase. EMBO 10: 467-476.

118. Wang, Y., K. Schulten, and E. Tajkhorshid. (2005). What makes an aquaporin a glycerol channel: a comparative study of AqpZ and GlpF. Structure 13: 1107-1118.

119. Yagur-Kroll, S., A. Ido, and O. Amster-Choder. (2009). Spatial arrangement of the glucoside transporter from Escherichia coli. J. Bacteriol. 191: 3086-3094.

120. Ye, J., and B. Van den Berg. (2004). Crystal structure of the bacterial nucleoside transporter Tsx. EMBO J. 23: 3187-3195.

121. Yildiz, О., K. R. Vinothkumar, P. Goswami, and W. KUhlbrandt. (2006). Structure of the monomeric outer-membrane porin OmpG in the open and closed conformation. EMBO J. 25: 3702-3713.

122. Zaitseva, J., S. Jenewein, T. Jumpertz, I. B. Holland, and L. Schmitt. (2005). H662 is the linchpin of ATP hydrolysis in the nucleotide-binding domain of the ABC transporter HlyB. EMBO J. 24:1901-1910.

123. Zou, H., M. Zheng, X. Luo, W. Zhu, K. Chen, J. Shen, and H. Jiang. (2008). Dynamic mechanism of fatty acid transport across cellular membranes through FadL: molecular dynamics simulations. J. Phys. Chem. B. 112: 13070-130788.

124. Escherichia coli K12 Escherichia coli K12 NP 4158101. NP 418001

125. Wolinella succinogenes DSM 1740 NP907187

126. Wolinella succinogenes DSM 1740np 907185 1

127. Mannheimia succiniciproducens MBEL55Eyp0B765 Escherichia coli K12 np417933v Brucella melitensis 16M np 541? Pseudomonas putida Kt2440 np 74543" Fusobacterium nucleatum subsp. nucleatum ATCC 2558^p ^-^2331

128. NP 782002Clostridium tetani E88619112 Methanosarcina acetivorans C2A389020 Bacillus subtilis (appA) '618342 Methanosarcina acetivorans C2A

129. NP 782022 Clostridium tetani E881. Metha1. NP 63459L zei Go1

130. Methanosarcina mazei Go1 NP632025 Methanosarcina acetivorans C2A np 61683 Methanosarcina acetivorans C2Anp61684T

131. Methanosarcina acetivorans C2A NP 616838 Yersinia pseudotuberculosis IP 32953

132. Helicobacter hepaticus ATCC 51449

133. NP 415759 Escherichia coli (oppA

134. Methanosarcina mazei Go1 NP 633883 NP 617392 Methanosarcina

135. NP438106Sinorhizobium meliloti 10211. NP 615799acetivorans C2A

136. Pseudomonas syringae pv. syringae B728a yp 23484 Pseudomonas aeruginosa PA01 np250501 Pseudomonas aeruginosa PA01 np250748'

137. Brucella melitensis 16M np 540851'

138. Methanosarcina acetivorans C2A,np3891751. Bacillus subtilis (dppA)

139. Streptococcus pyogenes (dppA) np269 Lactococcus lactis (оррЛ) yp0010320 •1. Bradynp106151