Lactonasa

La lactonasa (EC 3.1.1.81, acil-homoserina lactonasa ; nombre sistemático N -acil- L -homoserina-lactona lactonohidrolasa ) es una metaloenzima , producida por ciertas especies de bacterias, que actúa sobre las lactonas de homoserina aciladas (AHL) y las inactiva. Cataliza la reacción

una lactona de N -acil- L -homoserina + _H₂O${\displaystyle \rightleftharpoons }$una N -acil- L -homoserina

Muchas especies de α- , β- y γ-proteobacterias producen lactonas de homoserina aciladas, pequeñas moléculas similares a hormonas que se utilizan comúnmente como señales de comunicación entre células bacterianas en una población para regular cierta expresión génica y comportamientos fenotípicos. ^{[ 1 ]} Este tipo de regulación génica se conoce como detección de quórum .

Otros nombres para estos tipos de enzimas son lactonasa N -acil-homoserina que elimina el quórum , enzima degradadora de acil homoserina, acil-homoserina lactona acilasa, lactonasa AHL, enzima degradadora de AHL, enzima inactivadora de AHL, AHLasa, AhlD, AhlK, AiiA, lactonasa AiiA, proteína similar a AiiA, AiiB, AiiC, AttM, delactonasa, enzima similar a lactonasa, lactonasa N -acil homoserina, hidrolasa de lactonasa N- acil homoserina, lactonasa de lactonasa N -acil-homoserina, hidrolasa de lactonasa N -acil- L -homoserina, lactonasa que elimina el quórum, hidrolasa de lactonasa N -acil homoserina . ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}

La lactonasa hidroliza el enlace éster del anillo de lactona de homoserina de las lactonas de homoserina aciladas. Al hidrolizar el enlace de lactona , la lactonasa impide que estas moléculas de señalización se unan a sus reguladores transcripcionales diana, inhibiendo así la detección de quórum . ^{[ 13 ]}

Un sitio de unión de zinc dinuclear se conserva en todas las lactonasas conocidas y es esencial para la actividad enzimática y el plegamiento de proteínas. ^{[ 14 ]}

El Zn1 está tetracoordinado por His104, His106, His169 y el ion hidróxido puente. El Zn2 tiene cinco ligandos, incluyendo Asp191, His235, His109, Asp108 y el ion hidróxido puente. Los iones metálicos contribuyen a polarizar el enlace lactona, aumentando la electrofilicidad del carbono carbonílico del anillo lactona . Estudios de marcaje isotópico indicaron que la apertura del anillo ocurre mediante una reacción de adición-eliminación con adición de agua, como se muestra a continuación. ^{[ 15 ]}

Las lactonasas pueden interferir con la detección de quórum mediada por AHL. Algunos ejemplos de estas lactonasas son AiiA producida por especies de Bacillus , AttM y AiiB producidas por Agrobacterium tumefaciens , y QIcA producida por especies de Hyphomicrobiales . ^{[ 16 ]}

Se han descrito lactonasas en Bacillus, Agrobacterium, Rhodococcus, Streptomyces, Arthrobacter, Pseudomonas y Klebsiella . ^{[ 17 ]} Se encontró que el grupo Bacillus cereus (que comprende B. cereus, B. thuringiensis, B. mycoides y B. anthracis ) contiene nueve genes homólogos al gen AiiA que codifican enzimas inactivadoras de AHL, con el motivo catalítico de unión al zinc conservado en todos los casos. ^{[ 18 ]}

En el fitopatógeno A. tumefaciens , la lactonasa AiiB actúa como un modulador fino que esencialmente retrasa la liberación de la lactona OC8-HSL y el número resultante de tumores producidos por el patógeno. La lactonasa AttM media la degradación de la lactona OC8-HSL en los tejidos vegetales dañados. ^{[ 19 ]}

La actividad principal de las enzimas paraoxonasa (PON) antiateroscleróticas es como lactonasa. ^{[ 20 ]} Los ácidos grasos poliinsaturados oxidados (en particular en las lipoproteínas de baja densidad oxidadas ) forman estructuras similares a lactonas que son sustratos de la PON. ^{[ 20 ]}

Aún no están claros los efectos ecológicos de la lactonasa, pero se ha propuesto que, dado que las bacterias coexisten mayoritariamente con otros microorganismos en el medio ambiente, algunas cepas bacterianas podrían haber desarrollado estrategias de alimentación y utilizar las AHL como su principal recurso de energía y nitrógeno. ^{[ 21 ]}

Comprender los mecanismos y propósitos de la actividad de la lactonasa podría conducir a posibles aplicaciones para estas enzimas en el control de infecciones bacterianas mediante la inhibición de la actividad de detección de quórum, lo que tendría profundos efectos en la salud humana y el medio ambiente. Sin embargo, tanto en la lactonólisis química como en la enzimática, la reacción es reversible, lo que complica la aplicación terapéutica directa de las lactonasas. ^{[ 22 ]}

Pseudomonas aeruginosa es una bacteria productora de AHL, un patógeno oportunista que infecta a pacientes inmunocomprometidos ^{[ 23 ]} y se encuentra en infecciones pulmonares de pacientes con fibrosis quística. P. aeruginosa depende de la detección de quórum mediante la producción de las lactonas N -butanoil - L -homoserina (C4-HSL) y N- (3-oxododecanoil)-L-HSL (3-oxo-C12-HSL) para regular el movimiento en enjambre, la producción de toxinas y proteasas, y la correcta formación de biopelículas. La ausencia de uno o más componentes del sistema de detección de quórum resulta en una reducción significativa de la virulencia del patógeno ^{[ 24 ] .}

Erwinia carotovora es un patógeno vegetal que causa podredumbre blanda en varios cultivos como papas y zanahorias ^{[ 25 ]} utilizando la detección de quórum N-hexanoil-l-HSL (C6-HSL) para evadir los sistemas de defensa de la planta y coordinar su producción de pectato liasa durante el proceso de infección. ^{[ 26 ]}

Se ha demostrado que las plantas que expresan AHL-lactonasa presentan una mayor resistencia a la infección por el patógeno Erwinia carotovora. La expresión de los genes de virulencia en E. carotovora está regulada por la N- (3-oxohexanoil)-L - homoserina lactona (OHHL). Presumiblemente, la hidrólisis de OHHL mediante la lactonasa reduce los niveles de OHHL, inhibiendo los sistemas de detección de quórum que impulsan la expresión de los genes de virulencia. ^{[ 18 ]}

• 1,4-lactonasa
• lactonasa de 2-pirona-4,6-dicarboxilato
• 3-oxoadipato enol-lactonasa
• lactonasa de actinomicina
• deoxilimonato anillo A-lactonasa
• Gluconolactonasa
• L-ramnono-1,4-lactonasa
• Limonina-anillo D-lactonasa
• Esteroid-lactonasa
• Triacetato-lactonasa
• Xilono-1,4-lactonasa