キラー酵母

キラー酵母とは、感受性細胞に致死的な毒性タンパク質の1つを分泌することができるサッカロミセス・セレビシエなどの酵母である。^[1]これらの「キラー毒素」は、同じ種または関連種の感受性細胞を殺すポリペプチドであり、多くの場合、標的細胞膜に孔を作ることによって機能する。これらの酵母細胞は、固有の免疫により、タンパク質の毒性効果に対して免疫がある。^[2] キラー酵母株は、望ましい株を殺す可能性があるため、商業的な処理において問題となる可能性がある。 [ ^3]キラー酵母システムは、1963年に初めて説明された。^[4]キラー毒素の研究は、より複雑な真核生物の分泌経路に類似した酵母の分泌経路の理解を深めるのに役立った。また、主に真菌によって引き起こされるいくつかの疾患の治療にも使用できる。

最もよく特徴づけられている毒素システムは酵母（サッカロミセス・セレビシエ）由来で、ビール醸造を台無しにすることが判明している。サッカロミセス・セレビシエには二本鎖RNAウイルスによってコードされた毒素があり、前駆体タンパク質に翻訳され、切断されて細胞外に分泌され、感受性酵母に影響を及ぼす可能性がある。サッカロミセス・セレビシエには他にもキラーシステムがあり、それぞれ染色体IXとVにコードされているKHR1 ^[5]とKHS1 ^[6]遺伝子などがある。

LAウイルスは、S. cerevisiaeの正二十面体ウイルスで、4.6 kbのゲノムセグメントと、M dsRNAと呼ばれるいくつかのサテライト二本鎖RNA配列で構成されています。ゲノムセグメントは、ウイルスコートタンパク質とウイルスゲノムを複製するタンパク質をコードしています。 ^{[7] M dsRNAは毒素をコードしており、} S. cerevisiaeには少なくとも3つのバリアントがあり、^{[2] [8]}すべての種にはさらに多くのバリアントがあります。^{[1] [9]}

LAウイルスは、酵母のSki複合体（スーパーキラー）とMAK（キラー維持）染色体遺伝子を利用して細胞内で保存されます。ウイルスは環境に放出されません。酵母の交配中に細胞間で広がります。^[8]トティウイルス科は一般に、さまざまな酵母のM型dsRNAを助けます。^[10]

M dsRNAの翻訳から得られる最初のタンパク質産物はプレプロトキシンと呼ばれ、酵母の分泌経路を標的としています。プレプロトキシンは処理され、切断されて毒素の活性型であるα/β二量体が生成され、環境中に放出されます。^{[2] [11]}

S. cerevisiaeで最も研究されている変異毒素はK1とK28の2つです。一見無関係なM dsRNAが多数存在しますが、それらの類似点はゲノムとプレプロトキシンの構成のみです。^[10]

K1は標的細胞壁のβ-1,6-D-グルカン 受容体に結合し、細胞内へ移動して細胞膜受容体Kre1pに結合する。細胞膜内に陽イオン選択性イオンチャネルを形成し、細胞に致死的な影響を与える。^{[11] [12]}

K28はα-1,6-マンノプロテイン受容体を利用して細胞内に侵入し、小胞体HDELシグナルを提示することで分泌経路を逆に利用する。ERからK28は細胞質内に移動し、核内のDNA合成を停止させ、アポトーシスを誘発する。^{[13] [14]}

Sesti、Shih、Nikolaeva、Goldstein (2001) は、K1 は分泌前に TOK1 膜カリウムチャネルを阻害し、毒素が細胞壁から再侵入しても TOK1 を再活性化できないと主張した。^[15]しかし Breinig、Tipper、Schmitt (2002) は、TOK1 チャネルが K1 の主な受容体ではなく、TOK1 阻害によって免疫が付与されないことを示した。^[12] Vališ、Mašek、Novotná、Pospíšek、Janderová (2006) は、K1 を産生するが免疫を持たない変異体で実験を行い、細胞膜受容体が免疫細胞の分泌経路で分解され、未処理の α 鎖の作用によるものと思われることを示唆した。^{[16] [17]}

ブライニグ、センジック、アイスフェルド、シュミット（2006）は、毒素発現細胞内でK28毒素が細胞質内のα鎖によって中和されることを示した。α鎖はまだ完全には処理されておらず、C末端にγ鎖の一部が付着している。切断されていないα鎖はK28毒素と複合体を形成してK28毒素を中和する。^[2]

Kluyveromyces lactisのキラー特性は、5' 末端にタンパク質が結合した線状 DNAプラスミドと関連しており、アデノウイルスと同様に自己複製が可能となる。これはDNA 複製におけるタンパク質プライミングの一例である。MAK 遺伝子は不明である。毒素は 3 つのサブユニットで構成され、ゴルジ体でシグナルペプチダーゼによって成熟し、グリコシル化される。

作用機序は、感受性細胞におけるアデニル酸シクラーゼの阻害であると思われます。影響を受けた細胞はG1 期で停止し、生存能力を失います。

他の毒素系は他の酵母にも見られます。

• ピキアとウィリオプシス
• ハンセニアスポラ・ウヴァルム
• ジゴサッカロミセス・バイリ
• Ustilago maydis :キラー毒素 Kp4 ファミリーの真菌キラー毒素を生成する黒穂病菌。
• デバリオミセス・ハンセニ

毒素に対する感受性は、酵母の種や株によって大きく異なります。いくつかの実験では、これを利用して株を確実に識別しています。Morace、Archibusacci、Sestito、Polonelli (1984) は、25種の酵母が産生する毒素を使用して、各毒素に対する感受性に基づいて112の病原性株を区別しました。^{[18]これは、Morace}ら(1989)によって拡張され、毒素を使用して58の細菌培養を区別しました。^{[19] Vaughan-Martini、Cardinali、Martini (1996) は、13種からの24のキラー酵母株を使用して、ワイン製造のスターターとして使用された}S. cerevisiaeの13株のそれぞれに対する耐性シグネチャを見つけました。^{[20]毒素に対する感受性を利用して、91種の}カンジダ・アルビカンス株と223種の他のカンジダ株を区別できることが示された。^[21]

他には、キラー酵母を使って望ましくない酵母を制御する実験を行った。Palpacelli、Ciani、Rosini (1991) は、Kluyveromyces phaffii がKloeckera apiculata、Saccharomycodes ludwigii、Zygosaccharomyces rouxiiに対して効果的であることを発見した。これらはすべて食品業界で問題を引き起こしている。^[22] Polonelli ら (1994) は、キラー酵母を使ってラットのC. albicansに対するワクチン接種を行った。 ^{[23] Lowes ら (2000) は、通常}Williopsis mrakiiによって生成される毒素 HMK の合成遺伝子を作成し、それをAspergillus nigerに挿入して、組み換え菌株がトウモロコシサイレージとヨーグルトの好気性腐敗を制御できることを示した。^[24]ワイン醸造における頂端酵母を制御するための毒素産生菌株Kluyveromyces phaffii 。 ^[25] Candida nodaensisによって産生される毒素は、酵母による塩分の高い食品の腐敗を防ぐのに効果的であった。^[26]

いくつかの実験では、キラー毒素の生物学的活性を模倣する抗体が抗真菌剤として応用できることが示唆されている。^[27]

インドの薬用植物の花からキラー酵母を分離し、そのキラー毒素が感受性酵母細胞と真菌病原体に与える影響を調べた。サッカロミセス・セレビシエとピキア・クルイベリの毒素は、酵母エキスペプトンデキストロース寒天培地（pH 4.2）上で21℃でメチレンブルー細胞を蓄積するデッケラ・アノマラを阻害した。アカ​​リファ・インディカから分離されたS.セレビシエの混合集団では、酵母細胞間の増殖阻害や競合は見られなかった。S.セレビシエとP.クルイベリは50%と40%のグルコースに耐えることができたが、D.アノマラは40%のグルコースに耐えることができた。S.セレビシエとP.クルイベリはどちらもアスペルギルス・ニガーの増殖を阻害しなかった。^[28]

ヤングとヤギウ（1978）は、キラー酵母の治療法を実験した。彼らは、0.05 ppmのシクロヘキシミン溶液を使用すると、S. cerevisiaeの1つの株のキラー活性を効果的に除去できることを発見した。酵母を37℃で培養すると、別の株の活性が除去された。この方法は、他の酵母種では毒素生成を減らすのに効果的ではなかった。^[1]多くの毒素はpHレベルに敏感です。たとえば、K1はpHレベルが6.5を超えると永久に不活性化されます。^[9]

キラー酵母を制御するための最大の可能性は、LAウイルスとM dsRNA、または同等の遺伝子を産業的に望ましい酵母の変異体に追加することであり、それによって毒素に対する免疫を獲得し、競合する株も殺すことができる。^[3]

• ワイン醸造における酵母