Đặc trưng cấu trúc Lipid A từ LPS của vi khuẩn Psychrobacter arcticus 273-4 chịu lạnh ở Siberia được nuôi ở nhiệt độ thấp

Springer Science and Business Media LLC - Tập 22 - Trang 955-963 - 2018
Angela Casillo1, Marcello Ziaco1, Buko Lindner2, Ermenegilda Parrilli1, Dominik Schwudke2, Aurora Holgado3,4, Rudi Beyaert3,4, Rosa Lanzetta1, Maria Luisa Tutino1, Maria Michela Corsaro1
1Department of Chemical Sciences, University of Naples “Federico II”, Naples, Italy
2Division of Bioanalytical Chemistry, Research Center Borstel, Leibniz-Center for Medicine and Biosciences, Borstel, Germany
3Unit for Molecular Signal Transduction in Inflammation, VIB-UGent Center for Inflammation Research, VIB, Ghent, Belgium
4Department of Biomedical Molecular Biology, Ghent University, Ghent, Belgium

Tóm tắt

Psychrobacter arcticus 273-4 là một loài vi khuẩn Gram âm được phân lập từ lớp băng vĩnh cửu liên tục đông lạnh có độ tuổi từ 20.000 đến 30.000 năm ở vùng Kolyma, Siberia. Các chiến lược sinh tồn được áp dụng để sống ở nhiệt độ dưới không bao gồm tất cả các phân tử màng ngoài. Sự tham gia chiến lược trong việc tăng cường tính lỏng của màng tế bào là do lipopolysaccharides (LPSs). Các phân tử này bao phủ khoảng 75% bề mặt tế bào và góp phần vào sự thích nghi với lạnh thông qua các sửa đổi cấu trúc trong phần của chúng. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã làm sáng tỏ cấu trúc chính xác của phần lipid A thu được từ lipopolysaccharide của P. arcticus được nuôi ở 4 °C, để mô phỏng phản ứng đối với nhiệt độ môi trường thực tế. Lipid A đã được thu thập từ LPS qua quá trình thủy phân axit nhẹ. Lipid A và các dẫn xuất của nó đã được đặc trưng toàn diện qua phân tích hóa học và thông qua phổ khối ESI Q-Orbitrap. Hơn nữa, các thử nghiệm sinh học cho thấy lipid A của P. arcticus 273-4 có thể hoạt động như một chất chủ vận TLR4 yếu.

Từ khóa

#Psychrobacter arcticus #Lipid A #lipopolysaccharides #chịu lạnh #TLR4.

Tài liệu tham khảo

Ayala-del-Río HL, Chain PS, Grzymski JJ et al (2010) The genome sequence of Psychrobacter arcticus 273-4, a psychroactive Siberian permafrost bacterium, reveals mechanisms for adaptation to low-temperature growth. Appl Environ Microbiol 76:2304–2312. https://doi.org/10.1128/AEM.02101-09 Beales N (2004) Adaptation of microorganisms to cold temperatures, weak acid preservatives, low pH, and osmotic stress: a review. Compr Rev Food Sci Food Saf 3:1–20 Benforte FC, Colonnella MA, Ricardi MM, Solar Venero EC, Lizarraga L, López NI, Tribelli PM (2018) Novel role of the LPS core glycosyltransferase WapH for cold adaptation in the Antarctic bacterium Pseudomonas extremaustralis. PLoS ONE 13(2):e0192559. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0192559 Carillo S, Pieretti G, Parrilli E, Tutino ML, Gemma S, Molteni M, Lanzetta R, Parrilli M, Corsaro MM (2011) Structural investigation and biological activity of the lipooligosaccharide from the psychrophilic bacterium Pseudoalteromonas haloplanktis TAB 23. Chem Eur J 17:7053–7060. https://doi.org/10.1002/chem.201100579 Carty SM, Sreekumar KR, Raetz CRH (1999) Effect of cold shock on lipid A biosynthesis in Escherichia coli. Induction at 12 °C of an acyltransferase specific for palmitoleoyl-acyl carrier protein. J Biol Chem 274:9677–9685. https://doi.org/10.1074/jbc.274.14.9677 Casillo A, Parrilli E, Sannino F, Lindner B, Lanzetta R, Parrilli M, Tutino ML, Corsaro MM (2015) Structural investigation of the oligosaccharide portion isolated from the lipooligosaccharide of the permafrost psychrophile Psychrobacter arcticus 273-4. Mar Drugs 13(7):4539–4555. https://doi.org/10.3390/md13074539 Casillo A, Parrilli E, Sannino F et al (2017a) Structure-activity relationship of the exopolysaccharide from a psychrophilic bacterium: a strategy for cryoprotection. Carbohydr Polym 156:364–371 Casillo A, Ziaco M, Lindner B, Parrilli E, Schwudke D, Holgado A, Verstrepen L, Sannino F, Beyaert E, Lanzetta R, Tutino ML, Corsaro MM (2017b) Unusual lipid A from a cold adapted bacterium: detailed structural characterization. ChemBioChem 18:1–11. https://doi.org/10.1002/cbic.201700287 Chattopadhyay MK (2006) Mechanism of bacterial adaptation to low temperature. J Biosci 31:157–165 Chattopadhyay MK, Reddy GS, Shivaji S (2014) Psychrophilic bacteria: biodiversity, molecular basis of cold adaptation and biotechnological implications. Curr Opin Biotechnol 3:100–116 Corsaro MM, Dal Piaz F, Lanzetta R, Parrilli M (2002) Lipid A structure of Pseudoalteromonas haloplanktis TAC 125: use of electrospray ionization tandem mass spectrometry for the determination of fatty acid distribution. J Mass Spectrom 37:481–488. https://doi.org/10.1002/jms.304 Corsaro MM, Lanzetta R, Parrilli E, Parrilli M, Tutino ML, Ummarino S (2004) Influence of growth temperature on lipid and phosphate contents of surface polysaccharides from Antarctic Pseudoalteromonas haloplanktis TAC 125 bacterium. J Bacteriol 186:29–34. https://doi.org/10.1128/JB.186.1.29-34.2004 Corsaro MM, Pieretti G, Lindner B, Lanzetta R, Parrilli E, Tutino ML, Parrilli M (2008) Highly phosphorylated core oligosaccaride structures from cold-adapted Psychromonas arctica. Chem Eur J 14:9368–9376. https://doi.org/10.1002/chem.200800117 D’Amico S, Collins T, Marx JC, Feller G, Gerday C (2006) Psychrophilic microorganisms: challenges for life. EMBO Rep 7:385–389 De Mayeer P, Anderson D, Cary C, Cowan DA (2014) Some like it cold: understanding the survival strategies of psychrophiles. EMBO Rep 15:508–517. https://doi.org/10.1002/embr.201338170 Domon B, Costello CE (1988) A systematic nomenclature for carbohydrate fragmentations in FAB-MS/MS spectra of glycoconjugates. Glycoconj J 5:397–409 Gilichinsky DA, Wilson GS, Friedmann EI et al (2007) Microbial populations in Antarctic permafrost: biodiversity, state, age and implication for astrobiology. Astrobiology 7:275–311 Graumann PL, Marahiel MA (1999) Cold schock response in Bacillus subtilis. J Mol Microbiol Biotechnol 1:203–209 Korneev KV, Kondakova AN, Arbatsky NP et al (2014) Distinct biological activity of lipopolysaccharides with different lipid a acylation status from mutant strains of Yersinia pestis and some members of genus Psychrobacter. Biochem (Mosc) 79:1333 Park BS, Song DH, Kim HM, Choi B, Lee H, Lee J (2009) The structural basis of lipopolysaccharide recognition by the TLR4–MD-2 complex. Nature 458:1191–1195. https://doi.org/10.1038/nature07830 Silipo A, Lanzetta R, Amoresano A, Parrilli M, Molinaro A (2002) Ammonium hydroxide hydrolysis a valuable support in the MALDI-TOF mass spectrometry analysis of lipid A fatty acid distribution. J Lipid Res 43:2188–2195. https://doi.org/10.1194/jlr.D200021-JLR200 Sweet CR, Alpuche GM, Landis CA, Sandman BC (2014) Endotoxin structures in the psychrophiles Psychromonas marina and Psychrobacter cryohalolentis contain distinctive acyl features. Mar Drugs 12:4126–4147. https://doi.org/10.3390/md12074126 Sweet CR, Watson RE, Landis CA, Smith JP (2015) Temperature-dependence of lipid A acyl structure in Psychrobacter cryohalolentis and Arctic isolates of Colwellia hornerae and Colwellia piezophila. Mar Drugs 13:4701–4720. https://doi.org/10.3390/md13084701 Vishnivetskaya TA, Kathariou S, McGrath J, Gilichinsky DA, Tiedje JM (2000) Low-temperature recovery strategies for the isolation of bacteria from ancient permafrost sediments. Extremophiles 4:165–173. https://doi.org/10.1007/s007920070031 Westphal O, Jann K (1965) Bacterial lipopolysaccharides: extraction with phenol–water and further applications of the procedure. Methods Carbohydr Chem 5:83–91 Zhang YM, Rock CO (2008) Membrane lipid homeostasis in bacteria. Nat Rev Microbiol 6:222–233. https://doi.org/10.1038/nrmicro1839