Разнообразие гликополимеров клеточных стенок актинобактерий (стр. 2 )

Corynebacterium, Geodermatophilus, Kineosporia, Kribbella, Ratayibacter, Propionibacterium выявлены только бесфосфатные гликополимеры

, в то время как большинство других изученных штаммов содержало в клеточной стенке различные сочетания ТК, ТУК, ГФП, ТУЛК и ПС разнообразных структур.

ТУК актинобактерий достаточно разнообразны. В их составе идентифицировано до десяти различных углеводных компонентов, а повторяющееся звено может содержать от двух до четырех и более моносахаридных остатков, соединенных 1→3-, 1→4- или 1→6- гликозидными связями, как с β-, так и с α-конфигурацией гликозидных центров. Уроновые кислоты представлены амино - и диаминопроизводными. Наиболее распространены амино - и диаминоманнуроновые кислоты. Кроме того, обнаружены О-ацильные и пируватные группы и N-связанные остатки L-глутаминовой кислоты.

ТУЛК содержат в коре полимера остатки производных сиаловых кислот – Kdn (3-дезокси-D-глицеро-D-галакт-нон-2-улозоновой кислоты) или Pse (N, N'_диацил-производных 5,7-диамино-3,5,7,9-тетрадезокси-L-глицеро-L-манно-нон-2-улозоновой кислоты). Основная цепь Kdn-ТУЛК может состоять из остатков Kdn или Gly→Kdn. И те, и другие остатки, в свою очередь, могут нести боковые гликозильные заместители или остатки пировиноградной кислоты. Все выявленные Pse-ТУЛК представляли собой гетерополимеры с нерегулярно чередующимися звеньями Pse и Gly→Pse, в которых Pse присутствовала в N-ацилированной по С-7 остатками 4-гидрокси или 3,4-гидроксимасляной кислоты (Bu4OH или Bu3,4OH) форме.

Анионные ПС – это гликополимеры, анионные свойства которых обеспечивают боковые остатки органических (пировиноградная, молочная) и неорганических (серная) кислот, которые не входят в основную цепь полимера.

Нейтральные ПС представлены, в основном, маннанами, галактанами и галактоманнанами линейной или разветвленной структуры. Галактоза часто присутствует в фуранозной форме. Остатки сахаров – в D-конфигурации. Недавно выявлены рамноманнаны, остаток рамнозы имел как D-, так и L-конфигурацию.

=Дальнейшие исследования компонентного состава клеточных стенок бактерий тех родов и семейств, у которых ранее не были найдены тейхоевые кислоты (например, семейства Cellumonadaceae, Microbacteriaceae, Micrococcaceae и Promicromonosporaceae) могут привести к обнаружению и описанию не известных ранее структур гликополимеров, в том числе, относящихся к новым классам.

=Обнаруженные и описанные новые химические структуры полимеров расширяют представления о многообразии органического мира и биосинтетическом потенциале микроорганизмов, и представляют интерес для будущих исследований в области молекулярной и клеточной биологии, экологии, эволюции микроорганизмов. Полученные результаты будут, несомненно, востребованы при аннотации полных геномов микроорганизмов. Ценность изучения структур и состава гликополимеров клеточных стенок актуальна для таксономии представителей класса Actinobacteria.

-«»

Гликополимеры (ГП) клеточных стенок актиномицетов ковалентно связаны с пептидогликаном и играют важную роль в жизнедеятельности микроорганизма. Среди них – нейтральные и кислые полисахариды, тейхоевые, тейхуроновые и тейхулозоновые кислоты, сахар-1-фосфатные полимеры. Каждая группа ГП проявляет широкое разнообразие в природе и количестве мономеров, конфигурации и положении гликозидных связей, топологии полимера и т. д. Как правило, в клеточной стенке одновременно присутствуют несколько ГП, в том числе, различной природы. ГП (наличие, природа и особенности структуры) могут рассматрива

REVISED + МЫ 17.12.2015 + ГМ

ORIGINAL PAPER

Cell wall glycopolymers of some representatives from Streptomyces albus cluster

Alexander S. Shashkov · Galina M. Streshinskaya · Elena M. Tul’skaya ·

Sophia N. Senchenkova · Lidia M. Baryshnikova · Andrey S. Dmitrenok ·

Bohdan E. Ostash · Victor A. Fedorenko

A. S. Shashkov · A. S. Dmitrenok · S. N. Senchenkova

ND Zelinsky Institute of Organic Chemistry, Russian Academy of Sciences, Leninsky Prospect, 47, Moscow 119991, Russian Federation

G. M. Streshinskaya () · E. M. Tul’skaya

School of Biology MV Lomonosov Moscow State University, Vorob’evy gory 1 stroenie 12, Moscow 119991, Russian Federation

Fax: [phone]

e-mail: *****@***ru

L. M. Baryshnikova

All-Russian Collection of Microorganisms (VKM), GK Skryabin Institute of Biochemistry and Physiology of Microorganisms, Russian Academy of Sciences, Pushchino, Moscow Region, 142290, Russian Federation

B. E. Ostash · V. A. Fedorenko

Ivan Franko National University of Lviv, Department of Genetics and Biotechnology, Lviv 79005, Ukraine

Abstract The cell wall glycopolymers of four strains of Streptomyces albus were investigated. The cell wall of Streptomyces albus subsp. albus VKM Ac-35T comprises three glycopolymers, viz. unsubstituted 1,5-poly(ribitol phosphate), 1,3-poly(glycerol phosphate) substituted with β-D-glucopyranose, and the major polymer – the Kdn-teichulosonic acid:

β-D-Glcp-(1→8)-α-Kdn-(2[(→6)-β-D-Glcp-(1→8)-α-Kdn-(2→]n 6)-β-D-Glcp-(1→8)-β-Kdn-(2-OH, where n ≥ 3

The cell walls of Streptomyces albus J1074 and Streptomyces albus R1-100 contain three glycopolymers of identical structures, viz. unsubstituted 1,3- and 2,3-poly(glycerol phosphates), and the major polymer – Kdn-teichulosonic acid with unusual structure which has not been described so far:

β-D-Galp-(1→9)-α-Kdn-(2[(→3)-β-D-Galp-(1→9)-α-Kdn-(2→]n 3)-β-D-Galp-(1→9)-β-Kdn-(2-OH, where n~7-8.

The cell wall of Streptomyces albus subsp. pathocidicus VKM Ac-598 T contains two glycopolymers, viz. 1,3-poly(glycerol phosphate) partially O-glycosylated with 2-acetamido-2-deoxy-α-D-glucopyranose and/or O-acylated with L-lysine, and a poly(diglycosyl 1-phosphate) of a hitherto unknown structure: -6)-α-D-Glcp-(1→6)-α-D-GlcpNAc-(1-P-. The structures of glycopolymers were established by using a combination of chemical and NMR spectroscopic methods.

Keywords Cell wall · Poly(glycosyl 1-phosphate) · Streptomyces · Teichulosonic acid · Teichoic acid · Kdn · NMR

Introduction

Members of the genus Streptomyces (class Actinobacteria, suborder Streptomycineae, Family Streptomycetaceae) are the Gram-positive bacteria with high mol% G + C of the DNA, which produce a filamentous branching vegetative and aerial hyphae bearing long chains of reproductive spores, and are characterized by a complex life cycle of morphological differentiation (Kämpfer 2006). They are widely distributed in nature, especially in soils throughout the world. Streptomycetes demonstrate diverse physiological and metabolic properties and synthesize a large number of secondary metabolites such as antibiotics, immunosupperesants, and antifungal, antitumor, antiviral and antiparasitic agents (Olano et al., 2014; Harrison and Studholme 2014), which play an important role in medicine, industry, agriculture. The type species of the genus Streptomyces is S. albus which characterized by the ability to produce mutants that are used in applied and scientific purposes (Chater and Wilde 1980).

In recent years special attention is paid to the study of the streptomycetеs genome to search for secondary metabolites, in particular antibiotics of new structures and functions which hitherto not been used in medicine (Doroghazi and Metcalf 2013). However, success in this direction requires knowledge of the biology of potential producers of secondary metabolites. The study of the cell wall glycopolymers gives an idea of the compounds on the surface of streptomycetes cells. These polymers have a number of important physiological functions (Rautenberg et al. 2010; Brown et al. 2013; Petrus and Claessen 2014) define the immune properties of the microorganisms play an important role in the mechanism of interactions of bacteria within the microbial community and the environment, including higher organisms. Our previous studies revealed a large diversity of anionic glycopolymers in the cell walls of Streptomyces species: between them were found teichoic (TA), teichuronic (TUA), teichulosonic (TULA) acids, glycosyl 1-phosphates (GP) and polysaccharides (PS) (Shashkov et al. 2002; 2006; Kozlova et al. 2006; Streshinskaya et al. 2007; Tul’skaya et al. 2007a; 2011).

In this paper the structure and composition of the cell wall glycopolymers of some representatives of the cluster S. albus (Euzéby 2015): viz. S. albus subsp. albus VKM Ac-35T, S. albus subsp. pathocidicus VKM Ac-598T, as well as S. albus J1074 and S. albus R1-100, were studied for the first time. S. albus J1074 is a derivative of the S. albus G defective in SalIG1 restriction-modification system and has a valin-isoleucine auxotrofic phenotype (Chater and Wilde 1976) and is sensitive to the antibiotic moenomycin A. The strain has the smallest genome within the representatives of the genus Streptomyces, and is used for the heterologous production of bioactive natural products (Olano et al. 2014; Zaburannyi et al. 2014; Myronovskyi et al. 2014; Seipke 2015). S. albus R1-100 is a spontaneous moenomycin A-stable version on S. albus J1074. Presumably sensitivity or resistance to the moenomycin A of a microorganism depends upon the structural features of its cell wall, such as the presence of specific glycopolymers (Ostash and Walker 2010).

Materials and methods

Strains and culture conditions

S. albus VKM Ac-35T (=DSM 40313T =NRRL B-2208T= NBRC 13014T), previously identified as S. albus subsp. albus (Komaki et al. 2015), and S. albus subsp. pathocidicus VKM Ac-598T (=DSM 40799T= NRRL B-24287T= NBRC 13812T) were obtained from the All Russian Collection of Microorganisms (VKM), Scryabin Institute of Biochemistry and Physiology of Microorganisms, The Russian Academy of Scinces.