БИОХИМИЯ, 2020, том 85, вып. 2, с. 280–286

УДК 577.114.5;577.21;579.841

Установление структуры капсульного полисахарида K32 и характеристика генного кластера KL32 Acinetobacter baumannii LUH5549*,**

© 2020 С.М. Кахилл 1#, Н.П. Арбатский 2#, А.С. Шашков 2, М.М. Шнейдер 3, А.В. Попова 4,5, Р.М. Хэлл 6#, Дж.Дж. Кенион 1#, Ю.А. Книрель 2***#

Institute of Health and Biomedical Innovation, School of Biomedical Sciences, Faculty of Health, Queensland University of Technology, Brisbane, Australia

Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН, 119991 Москва, Россия; электронная почта: yknirel@gmail.com

Институт биоорганической химии им. акад. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, 117997 Москва, Россия

Московский физико-технический институт, 141701 Долгопрудный Московской обл., Россия

ГНЦ прикладной микробиологии и биотехнологии, 142279 Оболенск Московской обл., Россия

School of Life and Environmental Sciences, The University of Sydney, Sydney, Australia

Поступила в редакцию 29.10.2019
После доработки 25.11.2019
Принята к публикации 26.11.2019

DOI: 10.31857/S0320972520020116

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: Acinetobacter baumannii, капсула, K-локус, структура полисахарида, глюкуроновая кислота.

Аннотация

Капсульный полисахарид (КПС), относящийся к типу К32, выделен из штамма Acinetobacter baumannii LUH5549, содержащего генный кластер биосинтеза КПС типа KL32. Структура КПС установлена с помощью углеводного анализа, деградации по Смиту, одно- и двумерной спектроскопии 1H и 13C ЯМР. Найдено, что КПС типа К32 построен из разветвленных повторяющихся пентасахаридных единиц (К-звеньев), включающих два остатка β-D-GalpNAc и один остаток β-D-глюкуроновой кислоты (β-D-GlcpA) в основной цепи и по одному остатку β-D-Glcp и α-D-GlcpNAc в боковой дисахаридной цепи. В соответствии со структурой КПС генный кластер KL32 включает гены UDP-D-Glc-6-дегидрогеназы (Ugd3), ответственной за синтез D-GlcA и четырех гликозилтрансфераз, образующих специфические гликозидные связи. Присутствующие в кластере гены, кодирующие ацетилтрансферазу и белок с неизвестной функцией, не участвуют в биосинтезе КПС. Ранее присутствие генного кластера KL32 обнаружено в штаммах, принадлежащих к глобальной клональной линии 2 (GC2), тогда как штамм LUH5549 принадлежит к сиквенс-типу ST354, что свидетельствует о горизонтальном генетическом переносе между этими линиями.

Сноски

* Первоначально английский вариант рукописи опубликован на сайте «Biochemistry» (Moscow) http://protein.bio. msu.ru/biokhimiya, в рубрике «Papers in Press», BM19-307, 30.12.2019.

** Приложение к статье на английском языке опубликовано на сайте журнала «Biochemistry» (Moscow) и на сайте издательства Springer (https://link.springer.com/journal/ 10541), том 85, вып. 2, 2020.

*** Адресат для корреспонденции.

# Авторы внесли равный вклад в работу.

Финансирование

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда (проект 19-14-00273) для Ю.А.К. и гранта Australian Research Council (ARC) DECRA Fellowship 180101563 для Дж.Дж.К.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Настоящая статья не содержит описания каких-либо исследований с использованием людей и животных в качестве объектов изучения.

Список литературы

1. Russo, T., Luke N., Beanan J., Olson R., Sauberan S., MacDonald U., Schultz L., Umland T., and Campagnari A. (2010) The K1 capsular polysaccharide of Acinetobacter baumannii strain 307-0294 is a major virulence factor, Infect. Immun., 78, 3993–4000, doi: 10.1128/IAI.00366-10.

2. Singh, J.K., Adams, F.G., and Brown, M.H. (2018) Diversity and function of capsular polysaccharide in Acinetobacter baumannii, Front. Microbiol., 9, 3301, doi: 10.3389/fmicb.2018.03301.

3. Tipton, K.A., Chin, C.Y., Farokhyfar, M., Weiss, D.S., and Rather, P.N. (2018) Role of capsule in resistance to disinfectants, host antimicrobials, and desiccation in Acinetobacter baumannii, Antimicrob. Agents Chemother., 62, doi: 10.1128/aac.01188-18.

4. Geisinger, E., Huo, W., Hernandez-Bird, J., and Isberg, R.R. (2019) Acinetobacter baumannii: envelope determinants that control drug resistance, virulence, and surface variability, Ann. Rev. Microbiol., 73, 481–506, doi: 10.1146/annurev-micro-020518-115714.

5. Kenyon, J.J., and Hall, R.M. (2013) Variation in the complex carbohydrate biosynthesis loci of Acinetobacter baumannii genomes, PLoS One, 8, e62160, doi: 10.1371/journal.pone.0062160.

6. Traub, W.H. (1989) Acinetobacter baumannii serotyping for deliniation of outbreaks of nosocomial cross-infection, J. Clin. Microbiol., 27, 2713–2716.

7. Hu, D., Liu, B., Dijkshoorn, L., Wang, L., and Reeves, P.R. (2013) Diversity in the major polysaccharide antigen of Acinetobacter baumannii assessed by DNA sequencing, and development of a molecular serotyping scheme, PLoS One, 8, e70329, doi: 10.1371/journal.pone.0070329.

8. Senchenkova, S.N., Kenyon, J.J., Jia, T., Popova, A.V., Shneider, M.M., Kasimova, A.A., Shashkov, A.S., Liu, B., Hall, R.M., and Knirel, Y.A. (2019) The K90 capsular polysaccharide produced by Acinetobacter baumannii LUH5553 contains di-N-acetylpseudaminic acid and is structurally related to the K7 polysaccharide from A. baumannii LUH5533, Carbohydr. Res., 479, 1–5, doi: 10.1016/j.carres.2019.04.008.

9. Shashkov, A.S., Senchenkova, S.N., Popova, A.V., Mei, Z., Shneider, M.M., Liu, B., Miroshnikov, K.A., Volozhantsev, N.V., and Knirel, Y.A. (2015) Revised structure of the capsular polysaccharide of Acinetobacter baumannii LUH5533 (serogroup O1) containing di-N-acetyllegionaminic acid, Russ. Chem. Bull. Int. Ed., 64, 1196–1199, doi: 10.1007/s11172-015-1000-9.

10. Senchenkova, S.N., Popova, A.V., Shashkov, A.S., Shneider, M.M., Mei, Z., Arbatsky, N.P., Liu, B., Miroshinikov, K.A., Volozhantsev, N.V., and Knirel, Y.A. (2015) Structure of a new pseudaminic acid-containing capsular polysaccharide of Acinetobacter baumannii LUH5550 having the KL42 capsule biosynthesis locus, Carbohydr. Res., 407, 154–157, doi: 10.1016/j.carres.2015.02.006.

11. Kasimova, A.A., Kenyon, J.J., Arbatsky, N.P., Shashkov, A.S., Popova, A.V., Knirel, Y.A., and Hall, R.M. (2018) Structure of the K82 capsular polysaccharide from Acinetobacter baumannii LUH5534 containing a D-galactose 4,6-pyruvic acid acetal, Biochemistry (Moscow), 83, 831–835, doi: 10.1134/S0006297918070064.

12. Shashkov, A.S., Liu, B., Kenyon, J.J., Popova, A.V., Shneider, M.M., Senchenkova, S.N., Arbatsky, N.P., Miroshnikov, K.A., Wang, L., and Knirel, Y.A. (2017) Structures of the K35 and K15 capsular polysaccharides of Acinetobacter baumannii LUH5535 and LUH5554 containing amino and diamino uronic acids, Carbohydr. Res., 448, 28–34, doi: 10.1016/j.carres.2017.05.017.

13. Kenyon, J.J., Shashkov, A.S., Senchenkova, S.N., Shneider, M.M., Liu, B., Popova, A.V., Arbatsky, N.P., Miroshnikov, K.A., Wang, L., Knirel, Y.A., and Hall, R.M. (2017) Acinetobacter baumannii K11 and K83 capsular polysaccharides have the same 6-deoxy-l-talose-containing pentasaccharide K units but different linkages between the K units, Int. J. Biol. Macromol., 103, 648–655, doi: 10.1016/j.ijbiomac.2017.05.082.

14. Shashkov, A.S., Kenyon, J.J., Arbatsky, N.P., Shneider, M.M., Popova, A.V., Miroshnikov, K.A., Hall, R.M., and Knirel, Y.A. (2016) Related structures of neutral capsular polysaccharides of Acinetobacter baumannii isolates that carry related capsule gene clusters KL43, KL47, and KL88, Carbohydr. Res., 435, 173–179, doi: 10.1016/j.carres.2016.10.007.

15. Westphal, O., and Jann, K. (1965) Bacterial lipopolysaccharides: extraction with phenol-water and further applications of the procedure, in Methods in Carbohydrate Chemistry (Whistler, R. ed.) Academic press, New York, pp. 83–91.

16. Sawardeker, J.S., Sloneker, J.H., and Jeanes, A. (1965) Quantitative determination of monosaccharides as their alditol acetates by gas liquid chromatography, Anal. Chem., 37, 1602–1604, doi: 10.1021/ac60231a048.

17. Bankevich, A., Nurk, S., Antipov, D., Gurevich, A.A., Dvorkin, M., Kulikov, A.S., Lesin, V.M., Nikolenko, S.I., Pham, S., Prjibelski, A.D., Pyshkin, A.V., Sirotkin, A.V., Vyahhi, N., Tesler, G., Alekseyev, M.A., and Pevzner, P.A. (2012) SPAdes: a new genome assembly algorithm and its applications to single-cell sequencing, J. Comput. Biol., 19, 455–477, doi: 10.1089/cmb.2012.0021.

18. Lombard, V., Golaconda Ramulu, H., Drula, E., Coutinho, P.M., and Henrissat, B. (2014) The carbohydrate-active enzymes database (CAZy) in 2013, Nucleic Acids Res., 42, 490–495, doi: 10.1093/nar/gkt1178.

19. Finn, R.D., Coggill, P., Eberhardt, R.Y., Eddy, S.R., Mistry, J., Mitchell, A.L., Potter, S.C., Punta, M., Qureshi, M., Sangrador-Vegas, A., Salazar, G.A., Tate, J., and Bateman, A. (2016) The Pfam protein families database: towards a more sustainable future, Nucleic Acids Res., 44, 279–285, doi: 10.1093/nar/gkv1344.

20. Schultz, M.B., Thanh, D.P., Hoan, N.T.D., Wick, R.R., Ingle, D.J., Hawkey, J., Edwards, D.J., Kenyon, J.J., Lan, N.P.H., Campbell, J.I., Thwaites, G., Nhu, N.T.K., Hall, R.M., Fournier-Level, A., Baker, S., and Holt, K.E. (2016) Repeated local emergence of carbapenem-resistant Acinetobacter baumannii in a single hospital ward, Microb. Genom., 2, e000050, doi: 10.1099/mgen.0.000050.

21. Kenyon, J.J., Marzaioli, A.M., Hall, R.M., and De Castro, C. (2014) Structure of the K2 capsule associated with the KL2 gene cluster of Acinetobacter baumannii, Glycobiology, 24, 554–563, doi: 10.1093/glycob/cwu024.

22. Kasimova, A.A., Kenyon, J.J., Arbatsky, N.P., Shashkov, A.S., Popova, A.V., Shneider, M.M., Knirel, Y.A., and Hall, R.M. (2018) Acinetobacter baumannii K20 and K21 capsular polysaccharide structures establish roles for UDP-glucose dehydrogenase Ugd2, pyruvyl transferase Ptr2 and two glycosyltransferases, Glycobiology, 28, 876–884, doi: 10.1093/glycob/cwy074.

23. Lipkind, G.M., Shashkov, A.S., Knirel, Y.A., Vinogradov, E.V., and Kochetkov, N.K. (1988) A computer-assisted structural analysis of regular polysaccharides on the basis of 13C-n.m.r. data, Carbohydr. Res., 175, 59–75, doi: 10.1016/0008-6215(88)80156-3.

24. Jansson, P.E., Kenne, L., and Schweda, E. (1987) Nuclear magnetic resonance and conformational studies on monoacetylated methyl D-gluco- and D-galacto-pyranosides, J. Chem. Soc. Perkin Trans., 1, 377–383, doi: 10.1039/P19870000377.

25. Toukach, P. (2011) Bacterial Carbohydrate Structure Database 3: principles and realization, J. Chem. Inf. Model., 51, 159–170, doi: 10.1021/ci100150d.

26. Shashkov, A.S., Cahill, S.M., Arbatsky, N.P., Westacott, A.C., Kasimova, A.A., Shneider, M.M., Popova, A.V., Shagin, D.A., Shelenkov, A.A., Mikhailova, Y.V., Yanushevich, Y.G., Edelstein, M.V., Kenyon, J.J., and Knirel, Y.A. (2019) Acineto-bacter baumannii K116 capsular polysaccharide structure is a hybrid of the K14 and revised K37 structures, Carbohydr. Res., 484, 107774, doi: 10.1016/j.carres.2019.107774.

27. Landersjö, C., Weintraub, A., and Widmalm, G. (1996) Structure determination of the O-antigen polysaccharide from the enteroinvasive Escherichia coli (EIEC) O143 by component analysis and NMR spectroscopy, Carbohydr. Res., 291, 209–216, doi: 10.1016/s0008-6215(96)00168-1.