БИОХИМИЯ, 2020, том 85, вып. 5, с. 663–671

УДК 577.114.5;577.21;579.841

Расщепление по различным механизмам капсульных полисахаридов Acinetobacter baumannii фаговыми деполимеразами*

© 2020 Ю.А. Книрель 1**, М.М. Шнейдер 2,3, А.В. Попова 3,4,5, А.А. Касимова 1,6, С.Н. Сенченкова 1, А.С. Шашков 1, А.О. Чижов 1

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

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

Институт антимикробной химиотерапии, Смоленский государственный медицинский университет, 214019 Смоленск, Россия

Московский физико-технический институт (Национальный исследовательский университет), 141701 Долгопрудный, Московская обл., Россия

Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии, 142279 Оболенск, Московская обл., Россия

Высший химический колледж РАН, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, 125047 Москва, Россия

Поступила в редакцию 11.03.2020
После доработки 30.03.2020
Принята к публикации 31.03.2020

DOI: 10.31857/S032097252005005X

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: Acinetobacter baumannii, бактериофаг, хвостовой шип, капсульный полисахарид, гексуроновая кислота, деполимераза, гликозидаза, полисахарид-лиаза, рецептор-связывающий белок, ЯМР-спектроскопия.

Аннотация

Аэробные грамотрицательные бактерии Acinetobacter baumannii являются одним из наиболее важных клинических патогенов – возбудителей внутрибольничных инфекций во всем мире. Бактериальную клетку A. baumannii окружает капсула, которая cостоит из толстого вязкого слоя структурно вариабельного капсульного полисахарида (КПС). Капсула защищает бактерии от неблагоприятных условий окружающей среды и биологических систем, включая механизмы иммунной защиты хозяина и бактериофаги. Многие фаги A. baumannii имеют структурные деполимеразы (хвостовые шипы), которые специфически распознают и ферментативно расщепляют бактериальные КПС. В данной работе мы изучили специфическое взаимодействие белков хвостовых шипов четырех литических бактериофагов с КПС A. baumannii. Деполимеразы трех бактериофагов Fri1, AS12 и BS46 идентифицированы как специфические гликозидазы, которые расщепляют КПС A. baumannii 28, 1432 и B05 соответственно, по гидролитическому механизму. Деполимераза gp54 бактериофага AP22 охарактеризована как полисахарид-лиаза, расщепляющая КПС A. baumannii 1053 по механизму β-элиминирования в остатках гексуроновой кислоты (ManNAcA).

Сноски

* 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. 5, 2020.

** Адресат для корреспонденции.

Финансирование

Выделение, анализ моносахаридного состава и определение структуры продуктов расщепления КПС поддержаны Российским научным фондом (грант № 19-14-00273). Клонирование, экспрессия и очистка рекомбинантной деполимеразы BS46 поддержаны Российским научным фондом (грант № 18-15-00403). Выращивание бактериальных клеток A. baumannii 1053, 1432 и B05 поддержано грантом Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (Соглашение № 075-15-2019-1671 от 31 октября 2019 года).

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. Doi, Y., Murray, G. L., and Peleg, A. Y. (2015) Acinetobacter baumannii: evolution of antimicrobial resistance-treatment options, Semin. Resp. Crit. Care Med., 36, 85-98.

2. Lee, C. R., Lee, J. H., Park, M., Park, K. S., Bae, I. K., Kim, Y. B., Cha, C. J., Jeong, B. C., and Lee, S. H. (2015) Biology of Acinetobacter baumannii: pathogenesis, antibiotic resistance mechanisms, and prospective treatment options, Front. Cell. Infect. Microbiol., 7, 55, doi: 10.3389/fcimb.2017.00055.

3. 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.

4. 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.

5. Wyres, L., Cahill, S. M., Holt, K. E., Hall, R. M., and Kenyon, J. J. (2020) Identification of Acinetobacter baumannii loci for capsular polysaccharide (KL) and lipooligosaccharide outer core (OCL) synthesis in genome assemblies using curated reference databases compatible with Kaptive, Microb. Genom, doi: 10.1099/mgen.0.000339.

6. Popova, A. V., Lavysh, D. G., Klimuk, E. I., Edelstein, M. V., Bogun, A. G., Shneider, M. M., Goncharov, A. E., Leonov, S. V., and Severinov, K. V. (2017) Novel fri1-like viruses infecting Acinetobacter baumannii-vB_AbaP_AS11 and vB_AbaP_AS12-characterization, comparative genomic analysis, and host-recognition strategy, Viruses, 9, E188, doi: 10.3390/v9070188.

7. Popova, A. V., Zhilenkov, E. L., Myakinina, V. P., Krasilnikova, V. M., and Volozhantsev, N. V. (2012) Isolation and characterization of wide host range lytic bacteriophage AP22 infecting Acinetobacter baumannii, FEMS Microbiol. Lett., 332, 40-46, doi: 10.1111/j.1574-6968.2012.02573.x.

8. Popova, A. V., Shneider, M. M., Mikhailova, Y. V., Shelenkov, A. A., Shagin, D. A., Edelstein, M. V., and Kozlov, R. S. (2020) Complete genome sequence of Acinetobacter baumannii phage BS46, Microbiol. Res. Announc., (in press).

9. Shashkov, A. S., Shneider, M. M., Senchenkova, S. N., Popova, A. V., Nikitina, A. S., Babenko, V. V., Kostryukova, E. S., Miroshnikov, K. A., Volozhantsev, N. V., and Knirel, Y. A. (2015) Structure of the capsular polysaccharide of Acinetobacter baumannii 1053 having the KL91 capsule biosynthesis gene locus, Carohydr. Res., 404, 79-82, doi: 10.1016/j.carres.2014.11.013.

10. Kenyon, J. J., Shneider, M. M., Senchenkova, S. N., Shashkov, A. S., Siniagina, M. N., Malanin, S. Y., Popova, A. V., Miroshnikov, K. A., Hall, R. M., and Knirel, Y. A. (2016) K19 capsular polysaccharide of Acinetobacter baumannii is produced via a Wzy polymerase encoded in a small genomic island rather than the KL19 capsule gene cluster, Microbiology, 162, 1479-1489, doi: 10.1099/mic.0.000313.

11. Shashkov, A. S., Kenyon, J. J., Senchenkova, S. N., Shneider, M. M., Popova, A. V., Arbatsky, N. P., Miroshnikov, K. A., Volozhantsev, N. V., Hall, R. M., and Knirel, Y. A. (2016) Acinetobacter baumannii K27 and K44 capsular polysaccharides have the same K unit but different structures due to the presence of distinct wzy genes in otherwise closely related K gene clusters, Glycobiology, 26, 501-508, doi: 10.1093/glycob/cwv168.

12. Haseley, S. R., and Wilkinson, S. G. (1996) Structure of the O-specific polysaccharide of Acinetobacter baumannii O5 containing 2-acetamido-2-deoxy-d-galacturonic acid, Eur. J. Biochem., 237, 229-233.

13. Vinogradov, E. V., Pantophlet, R., Dijkshoorn, L., Brade, L., Holst, O., and Brade, H. (1996) Structural and serological characterisation of two O-specific polysaccharides of Acinetobacter, Eur. J. Biochem, 239, 602-610.

14. Taylor, N. M., Prokhorov, N. S., Guerrero-Ferreira, R. C., Shneider, M. M., Browning, C., Goldie, K. N., Stahlberg, H., and Leiman, P. G. (2016) Structure of the T4 baseplate and its function in triggering sheath contraction, Nature, 533, 346-352, doi: 10.1038/nature17971.

15. Tsedilin, A. M., Fakhrutdinov, A. N., Eremin, D. B., Zalesskiy, S. S., Chizhov, A. O., Kolotyrkina, N. G., and Ananikov, V. P. (2015) How sensitive and accurate are routine NMR and MS measurements, Mendeleev Commun., 25, 454-456.

16. 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. L., Ed.), 5, Academic Press, New York, pp. 83-91.

17. Popova, A. V., Shneider, M. M., Myakinina, V. P., Bannov, V. A., Edelstein, M. V., Rubalskii, E. O., Aleshkin, A. V., Fursova, N. K., and Volozhantsev, N. V. (2019) Characterization of myophage AM24 infecting Acinetobacter baumannii of the K9 capsular type, Arch. Virol., 164, 1493-1497, doi: 10.1007/s00705-019-04208-x.

18. Oliveira, H., Mendes, A., Fraga, A. G., Ferreira, A., Pimenta, A. I., Mil-Homens, D., Fialho, A. M., Pedrosa, J., and Azeredo, J. (2019) K2 capsule depolymerase is highly stable, is refractory to resistance, and protects larvae and mice from Acinetobacter baumannii sepsis, Appl. Environ. Microbiol., 85, doi: 10.1128/AEM.00934-19.

19. Liu, Y., Leung, S. S. Y., Guo, Y., Zhao, L., Jiang, N., Mi, L., Li, P., Wang, C., Qin, Y., Mi, Z., Bai, C., and Gao, Z. (2019) The capsule depolymerase Dpo48 rescues Galleria mellonella and mice From Acinetobacter baumannii systemic infections, Front. Microbiol., 10, 545, doi: 10.3389/fmicb.2019.00545.

20. Oliveira, H., Costa, A. R., Konstantinides, N., Ferreira, A., Akturk, E., Sillankorva, S., Nemec, A., Shneider, M., Dötsch, A., and Azeredo, J. (2017) Ability of phages to infect Acinetobacter calcoaceticusAcinetobacter baumannii complex species through acquisition of different pectate lyase depolymerase domains, Environ Microbiol., 19, 5060-5077, doi: 10.1111/1462-2920.13970.

21. Lee, I. M., Yang, F. L., Chen, T. L., Liao, K. S., Ren, C. T., Lin, N. T., Chang, Y. P., Wu, C. Y., and Wu, S. H. (2018) Pseudaminic acid on exopolysaccharide of Acinetobacter baumannii plays a critical role in phage-assisted preparation of glycoconjugate vaccine with high antigenicity, J. Am. Chem. Soc., 140, 8639-8643, doi: 10.1021/jacs.8b04078.