a) Thành phần hĩa học của bacteriocin
Bacteriocin cĩ bản chất là protein, nhưng cũng cĩ thể là hỗn hợp của protein với các chất khác. Để kiểm tra bản chất protein, người ta sử dụng các enzym đặc trưng như proteinase . Dựa vào bảng phân tích hĩa học cho thấy một vài bacteriocin là protein đơn giản. Tuy nhiên, trong khi làm sạch bateriocin của Staphylococcus, Clostridium và Lactobacillus cho thấy là những phân tử phức tạp với thành phần
cĩ nhiều thành phần, streptocin STH1 là một trong những phân tử phức tạp bao gồm protein, lipid và nhĩm gốc phosphat.
b) Phổ kháng khuẩn của bacteriocin
Phạm vi hoạt động của bacteriocin được xem xét dựa trên phạm vi kháng khuẩn, giống vi sinh vật sinh ra, khối lượng phân tử, tính ổn định, tính chất hĩa sinh và kiểu hoạt động của bacteriocin. Hầu hết các bacteriocin được tổng hợp bởi vi khuẩn Gram âm cĩ hoạt tính ức chế các lồi cùng họ hàng. Đối với bacteriocin được sinh tổng hợp bởi vi khuẩn Gram dương cĩ hoạt tính ức chế các lồi vi khuẩn Gram dương, đơi khi nĩ cũng ức chế một số lồi vi khuẩn Gram âm.
c) Cơ chế hoạt động
Bacteriocin cĩ khả năng tiêu diệt các lồi vi khuẩn khác do sự tạo thành các kênh làm thay đổi tính thấm của màng tế bào. Nhiều loại bacteriocin cịn cĩ khả năng phân giải DNA, RNA và tấn cơng vào lớp peptidoglycan làm suy yếu thành tế bào.
Lacticin 3147 cĩ tác dụng diệt khuẩn trên những tế bào nhạy cảm bởi sự tương tác đầu tiên với thành tế bào. Đĩ là nguyên nhân mà trên màng tế bào tạo ra những kênh cho K+ và phosphat vơ cơ đi ra khỏi tế bào. Trong sự nỗ lực để tái tích lũy lại những ion này, những hệ thống hấp thu phụ thuộc ATP dẫn tới thủy phân của ATP bên trong. Khi ATP đươc yêu cầu cho sự duy trì của những chức năng quan trọng trong tế bào như gradien pH tại màng tế bào, những chức năng của tế bào bị phá vỡ, tế bào dần dần mất năng lượng và chết.
Nhiều thơng tin đầu tiên về cơ chế hoạt động của bacteriocin được dựa vào những nghiên cứu về Colicin (Namura và cộng sự, 1967). Nghiên cứu lĩnh vực này tập trung lớn vào hai khía cạnh riêng biệt của hoạt động bacteriocin trên những vi khuẩn nhạy cảm: Động lực học của tương tác vật lý giữa bacteriocin với vi khuẩn và tìm ra thương tổn sinh hĩa đặc trưng trong một khoảng thời gian ảnh hưởng của vi sinh vật. Trong giả thiết rộng về kiểu hoạt động của bacteriocin, nĩ được giả thiết rằng sự tương tác của bacteriocin với tế bào nhạy cảm bao gồm hai giai đoạn:
Sự hút bám vật lý để tiếp cận với thụ thể của tế bào.
Là một quá trình thuận nghịch.
Khơng thường xuyên gây nguy hiểm sinh lý tế bào. Giai đoạn 2:
Xuất hiện những thay đổi khơng thuận nghịch.
Thường dẫn đến chết tế bào.
Tế bào khơng được bảo vệ bởi trypsin quantal killing “molar” type.
d) Độ bền của bacteriocin
Một số nghiên cứu về đặc tính của bacteriocin cho thấy rằng những phân tử này cĩ thể hoạt động tốt dưới những khoảng nhiệt độ và pH nhất định. ST26MS được sản xuất bởi Lactobacillus plantarum cĩ thể hoạt động ổn định trong 2 giờ tại những giá trị pH từ 2,0 đến 12,0. Khơng giảm khả năng hoạt động chống vi khuẩn sau 90 phút tại 100oC hay 20 phút tại 121oC (Torodov và Dicks, 2005). Đặc tính chịu nhiệt cĩ thể liên quan đến cấu trúc phẩn tử của bacteriocin. Độ bền nhiệt, pH và enzym của một số bacteriocin được sinh tổng hợp bởi vi khuẩn Gram dương được trình bày ở bảng 1.2.
e) Tính chất miễn dịch của bacteriocin
Bacteriocin cĩ khối lượng phân tử lớn, thành phần cấu tạo là protein và nhiều bateriocin cĩ tính kháng nguyên cao. Tuy nhiên, hiện nay chỉ cĩ một vài báo cáo nghiên cứu tính kháng nguyên của bacteriocin sinh bởi vi khuẩn Gram dương. Megacin A-216 là một kháng nguyên và tế bào cũng sinh ra một kháng thể cĩ khả năng chống lại ảnh hưởng giết chính nĩ (Nomura, 1967). Việc nghiên cứu những kháng thể đến bacteriocin trong huyết thanh của con người cĩ lẽ là một lĩnh vực thú vị cho những nghiên cứu sau này.
Một thuộc tính cần thiết để bảo đảm sự sống sĩt của vi sinh vật sinh bacteriocin là cĩ sự miễn dịch đặc biệt. Theo Koponen (2004) tế bào vi khuẩn cĩ một số cơ chế miễn dịch, đây là khả năng của tế bào trong việc bảo vệ chính nĩ để chống lại bacteriocin sinh ra bởi sự trao đổi chất của chính mình.
Bảng 1.2. Độ bền nhiệt, pH và enzym của một số bacteriocin được sinh tổng hợp bởi vi khuẩn Gram dương
Bacteriocin Độ bền nhiệt Độ bền pH Enzym thủy phân Megacin A-216 60oC, 30 phút 2 - 7 Chymotrypsin, Pepsin,
Trypsin Clostosin A 100oC, 30 phút 4 - 9 Trypsin, Chymotrypsin, Dnase, Pronase P, Rnase Clostosin B 80oC, 10 phút 4 - 9 Trypsin, Chymotrypsin, Dnase, Pronase P, Rnase Clostosin C 80oC, 10 phút 4 - 9 Trypsin, Chymotrypsin, Dnase, Pronase P, Rnase Clostosin D 100oC, 30 phút 4 - 9 Trypsin, Chymotrypsin, Dnase, Pronase P, Rnase
Boticin E-S5 100oC, 10 phút 1,1 - 9,5 Trypsin,
Chymotrypsin, Dnase, Pepsin
Boticin P 60oC, 30 phút 6,5 – 7,5 Trypsin, Rnase, Alkaline phosphotase, Phospholipases C,D Butyricin 7423 100oC, 10 phút 2 - 12 Trypsin Perfringocin 11105 100oC, 30 phút 2 - 12 Trypsin
Cả cấu tạo thành tế bào và thành phần cấu tạo màng lipid của vi khuẩn cho thấy sự liên quan đến hoạt động của bacteriocin cũng như sự kháng cự bacteriocin.
Sự biến đổi nhạy cảm của vi khuẩn Gram dương về phía những bacteriocin đáng kể. Hoạt động kìm hãm của bacteriocin cĩ thể thay đổi giữa những gen khác nhau, những lồi cùng bộ gene và thậm chí đến mơi trường nuơi cấy từ những điều kiện ngoại cảnh khác (Castellano và cộng sự, 2001).
Cĩ hai kiểu miễn dịch được thấy ở Lantibiotic. Một kiểu miễn dịch dựa vào protein miễn dịch đặc trưng, LanI. Trong khi kiểu miễn dịch khác dựa vào một vật chuyên chở nhiều thành phần riêng biệt (Lan EFG). Bacteriocin sẽ nhận biết được những vi sinh vật sinh bacteriocin nhờ sự khơng cĩ mặt của những thụ thể đặc biệt và kết quả là chúng khơng bám được vào tế bào vi sinh vật đĩ.