Общий антиген энтеробактерий

Общий энтеробактериальный антиген ( ECA ) представляет собой углеводный антиген, обнаруженный во внешней мембране многих видов Enterobacterales . ^{[ 1 ]} Антиген единогласно отсутствует у других грамотрицательных и грамположительных бактерий. ^{[ 1 ]} Aeromonas Hydrophila 209A — единственный организм, не считая Enterobacterales , экспрессирующий ЭКА. ^{[ 1 ]} Необходимы дополнительные исследования, чтобы объяснить присутствие антигена у этого вида, поскольку никакие другие штаммы этого вида не экспрессируют антиген. ЭКА представляет собой полисахарид, состоящий из повторяющихся единиц трисахаридов . Функции этих агрегатов имеют очень мало проверенных функций. Некоторые данные указывают на роль в патогенности бактерий, представляющих ЭКА, . Существует три отдельных типа ECA: ECA _PG , ECA _LPS и ECA _CYC, каждый из которых имеет разную длину. Синтез ECA контролируется опероном wec и состоит из 12 этапов, описанных ниже. Из-за отсутствия доказанной функции ЭКА трудно определить какое-либо клиническое значение, однако некоторые данные свидетельствуют о том, что сыворотка человека содержит антитела против ЭКА.

История

ЭКА был впервые описан в 1962 году в статье, написанной Кэлвином М. Кунином и его коллегами. ^{[ 2 ]} Документируя штаммы E. coli, ответственные за инфекции мочевыводящих путей, Кунин подвергал эти штаммы E. coli воздействию кроличьей антисыворотки и различных других штаммов E. coli (102 гомологичных и гетерологичных штамма). С помощью пассивной агглютинации Кунин обнаружил О-антиген, обнаруженный в липополисахариде (ЛПС) E. coli. В ходе экспериментов Кунин заметил, что между кроличьей антисывороткой и многими штаммами E. coli наблюдалась перекрестная реактивность . Одна из сывороток, O14, отреагировала на антиген, обнаруженный во многих штаммах E. coli . Примечательно, что антиген не был прикреплен к О-антигену ЛПС. Команда отметила, что этот антиген наблюдался в нескольких других штаммах кишечных (грамотрицательных) бактерий и отсутствовал во многих грамположительных штаммах. Кунин хотел назвать антиген «Общим антигеном» (CA), но его команда убедила его пересмотреть свое решение, чтобы избежать путаницы с аббревиатурой рака. Таким образом, с более конкретным названием антиген был назван Энтеробактериальным общим антигеном (ECA). ^{[ 2 ]}^{[ 1 ]} Однако ЭКА не обязательно экспрессируется у всех кишечных видов. Многие эндосимбионты Enterobacterales утратили гены, необходимые для синтеза ЭКА. ^{[ 1 ]} Кроме того, Aeromonas Hydrophila 209A является единственным организмом, помимо Enterobacterales , который экспрессирует ЭКА. Тем не менее, необходимы дополнительные исследования, чтобы объяснить присутствие антигена у этого вида, поскольку никакие другие штаммы этого вида не экспрессируют антиген. ^{[ 1 ]} Исследования ЭКА продолжают развиваться.

Ген

Гены, регулирующие и контролирующие синтез ECA, расположены внутри оперона, называемого опероном wec . Оперон начинается на 85,4 сантисомах хромосомы K-12 Escherichia coli . Что касается ECA, оперон wec имеет множество генов, которые играют важную роль в ингибировании, а также в сборке ECA; они включают, помимо прочего, wecB, wecC, wecD, wecE, wecA и wecG . ^{[ 1 ]}

Структура

Полисахарид общего антигена энтеробактерий (ECA) состоит из повторяющихся единиц трисахарида. Этот трисахарид состоит из N -ацетилглюкозамина ( GlcNAc ), N -ацетил- D -маннозаминуроновой кислоты ( ManNAcA ) и 4-ацетамидо-4,6-дидезокси -D -галактозы ( Fuc4NAc ). GlcNAc связан с ManNAcA через альфа-1,4-связь. ManNAcA связан с Fuc4NAc через бета-1,4-связь. Каждая полная трисахаридная единица соединена друг с другом альфа-1,3-связью от Fuc4NAc к GlcNAc. ^{[ 1 ]}^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}

Существует три типа полностью сформированных ECA: ECA _PG , ECA _LPS и ECA _CYC . ^{[ 1 ]}^{[ 5 ]}^{[ 4 ]} Независимо от длины полисахарид прикрепляется к диацилглицерину фосфодиэфирной связью и располагается на внешней мембране бактерии. Как и ECA _PG , ECA _LPS находится на внешней мембране бактерии и прикреплен к липиду. ЭКА- _ЛПС прикреплен не только к липиду, но и к ядру ЛПС. Последний тип ECA — ECA _CYC , который отличается от двух других типов тем, что обнаруживается только в цитоплазме и состоит из полисахарида, связанного в кольцо. Другой отличительной характеристикой ECA _CYC является общая длина трисахаридной цепи; Длина ECA _CYC обычно составляет от 4 до 6 единиц, тогда как длина ECA _LPS и ECA _PG варьируется от 1 до 14 единиц. ^{[ 6 ]}

Синтез

Три типа ЭКА имеют разные качества, но в целом имеют некоторые общие характеристики, наиболее важным из которых является синтез единицы ЭКА. Синтез единицы ЭКА осуществляется множеством ферментов. Каждый моносахарид, составляющий единицу, переносится ундекапренилфосфатом ( УДФ) на липидный переносчик , состоящий примерно из 55 изопреноидных единиц во внутренней мембране. Каждый моносахарид добавляется к липидному носителю для образования трисахарида, присоединенного к липиду. Ферменты, катализирующие групповой перенос моносахаридов от ундекапренилфосфата к образующемуся трисахаридному звену ЭКА, представляют собой ферменты Wec. Детали синтеза следующие: ^{[ 1 ]}^{[ 7 ]}^{[ 6 ]}

Шаг 1: WecA берет GlcNAc из UDP-GlcNAc и присоединяет GlcNAc-1-фосфат к изопреноидному носителю. Продукт называется Lipid I _ECA .

Шаг 2: WecB берет UDP-GlcNAc и эпимеризует его по атому углерода 2. В результате образуется UDP-N-ацетилманнозамин .

Шаг 3: WecC образует UDP-ManNAcA из UDP-N-ацетилманнозамина (на этапе 2) путем восстановления НАД+ до НАДН.

Шаг 4: WecG берет ManNAcA из UDP-ManNAcA (из шага 3) и добавляет его к липиду I _ECA (из шага 1). Продуктом этого группового переноса является Lipid II _ECA . В этот момент соединяются 2 из 3 углеводов, составляющих повторяющуюся единицу ЭКА. На следующих этапах (шаги 5–8) подготавливается конечный моносахарид для переноса в Lipid II _ECA с получением Lipid III _ECA , который содержит одну полную трисахаридную единицу ECA.

Шаг 5: Глюкозо-1-фосфат, dTTP и H+ объединяются в реакции, катализируемой RmIA _ECA, с образованием dTDP-глюкозы.

Шаг 6: НАД+ действует как кофактор фермента RmIB _ECA для преобразования dTDP-глюкозы (из шага 5) в dTDP-4-кето-6-дезокси-D-глюкозу. Это происходит посредством серии окислительно-восстановительных реакций и реакции дегидратации.

Шаг 7: WecE добавляет аминогруппу из остатка глутамата к dTDP-4-кето-6-дезокси-D-глюкозе (из шага 6), чтобы получить dTDP-4-амино-4,6-дидезокси-aD-галактозу (dTDP -Fuc4N)

Шаг 8: Ацетил-КоА действует как кофактор фермента WecD, который заставляет dTDP-Fuc4NAc ацетилировать dTDP-Fuc4N (начиная с шага 7).

Шаг 9: WecF берет Fuc4NAc из dTDP-Fuc4NAc (с шага 8) и добавляет его к Lipid II (ECA), чтобы получить Lipid III _ECA . В этот момент полная трисахаридная единица находится на цитоплазматической стороне внутренней мембраны и прикреплена к липидному переносчику (Lipid III _ECA ). Заключительная стадия синтеза — полимеризация — происходит на периплазматической стороне внутренней мембраны.

Шаг 10: WzxE, флиппаза , переворачивает липид III с цитоплазматической стороны внутренней мембраны на периплазматическую сторону внутренней мембраны.

Шаг 11: WzyE полимеризует трисахариды ЭКА, забирая единицу ЭКА из липидного носителя и WzxE. Липидный носитель возвращается на цитоплазматическую сторону мембраны для создания еще одной трисахаридной единицы ЭКА.

Шаг 12: WzzE останавливает растущую цепочку ECA на нужной длине с помощью неизвестного механизма. Продуктом этих 12 этапов является длинная цепь единиц ЭКА, прикрепленная к изопреноидному липидному переносчику. Отсюда полисахарид ЭКА специализируется на том типе завершенного ЭКА, которым он будет.

Чтобы сделать ECA _PG , полисахарид ECA берется из изопреноидного липидного носителя и передается другому, неизвестному липиду. Конечный продукт, ECA _PG , представляет собой полимер ECA, связанный фосфодиэфирной связью с диацилглицерином. ^{[ 1 ]}

Чтобы создать ECA _LPS , WaaL забирает полисахарид ECA из изопреноидного носителя и передает его основному олигосахариду LPS. Синтез ЭКА в целом аналогичен синтезу ЛПС. Наиболее значительным совпадением является использование белков WzxE и WzzE. ^{[ 1 ]}

Механизм образования ECA _CYC в значительной степени неизвестен. Ранее было установлено, что ECA _CYC синтезируется в периплазме и в этом механизме участвует WzzE. Оттуда ECA _CYC транспортируется обратно через внутреннюю мембрану в цитоплазму по механизму, который еще не определен. ^{[ 7 ]}

Функция

Из-за тесной связи биосинтеза ЭКА и других процессов, таких как синтез О-антигена и пептидогликана , трудно определить конкретные функции ЭКА у разных видов. ^{[ 1 ]} Виды Enterobacterales , которые культивировались в течение длительного периода времени, демонстрируют значительное снижение синтеза О-цепи при сохранении стабильности ЭКА. Несколько экспериментов по нокауту генов показывают, что при изменении генов, участвующих в синтезе ЭКА, наблюдается новая чувствительность. Принято считать, что ЭКА играет роль в патогенности. ^{[ 1 ]}

Клиническое значение

ЭКА встречается у всех видов Enterobacterales , но очень немногие виды имеют антитела к антигену. Это указывает на то, что, хотя все штаммы обладают антигенной ЭКА, очень немногие штаммы продуцируют иммуногенную ЭКА. ^{[ 1 ]}

Во многих исследованиях сообщалось, что низкие концентрации антител ЭКА, присутствующие в сыворотке человека, наблюдались до того, как стали доступны штаммы, нокаутные по ЭКА. Сообщаемые значения представляют собой совокупный титр антител ECA, а также антител, которые связаны с белковыми антигенами, общими для Enterobacterales . Антитела ECA были обнаружены в сыворотке человека после заражения штаммами E. coli, Yersinia enterocolitica O3 или , ассоциированным с Proteus mirabilis . пациентов с артритом ^{[ 1 ]}

В нескольких исследованиях была предпринята попытка определить, насколько важную роль ЭКА играет в патогенности. Даже в экспериментальных условиях защита, обеспечиваемая реакцией антител, была незначительной и временной как при активной, так и при пассивной иммунизации. ^{[ 1 ]}^{[ 4 ]}

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м ^н ^тот ^п ^д Рай, А.К., и Митчелл, А.М. (2020). Общий антиген энтеробактерий: синтез и функция загадочной молекулы. МБио, 11(4), e01914-20. https://doi.org/10.1128/mBio.01914-20
^ Перейти обратно: ^а ^б Кунин, СМ; Борода, МВ; Халмадьи, Н.Е. (962). «Доказательства существования общего гаптена, связанного с фракциями эндотоксина E. coli и других энтеробактерий». Экспериментальная биология и медицина . 111 (1): 160–166. дои : 10.3181/00379727-111-27734 . S2CID 86972326 .
^ Рахман А., Барр К. и Рик П.Д. (2001). Идентификация структурного гена трансферазы TDP-Fuc4NAc:Lipid II Fuc4NAc, участвующей в синтезе общего антигена энтеробактерий в Escherichia coli K-12. Журнал бактериологии, 183 (22), 6509–6516. https://doi.org/10.1128/JB.183.22.6509-6516.2001
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Кун Х.-М., Мейер-Дитер У. и Майер Х. (1988). ЭКА — общий антиген энтеробактерий. Письма FEMS по микробиологии , 54 (3), 195–222.
^ Кастелли, М.Э., и Вескови, Э.Г. (2011). Путь передачи сигнала Rcs запускается изменениями структуры общего антигена энтеробактерий у Serratia marcescens. Журнал бактериологии, 193 (1), 63–74. https://doi.org/10.1128/JB.00839-10
^ Перейти обратно: ^а ^б Шен X., Ян Ю., Ли П., Луо Х. и Конг К. (2021). Достижения в изучении общего антигена энтеробактерий. Китайский журнал биотехнологии, 37 (4), 1081–1091. https://doi.org/10.13345/j.cjb.200334
^ Перейти обратно: ^а ^б Каджимура Дж., Рахман А. и Рик П.Д. (2005). Сборка циклического общего антигена энтеробактерий в Escherichia coli K-12. Журнал бактериологии, 187 (20), 6917–6927. https://doi.org/10.1128/JB.187.20.6917-6927.2005

[:0-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м ^н ^тот ^п ^д Рай, А.К., и Митчелл, А.М. (2020). Общий антиген энтеробактерий: синтез и функция загадочной молекулы. МБио, 11(4), e01914-20. https://doi.org/10.1128/mBio.01914-20

[:4-2] Перейти обратно: ^а ^б Кунин, СМ; Борода, МВ; Халмадьи, Н.Е. (962). «Доказательства существования общего гаптена, связанного с фракциями эндотоксина E. coli и других энтеробактерий». Экспериментальная биология и медицина . 111 (1): 160–166. дои : 10.3181/00379727-111-27734 . S2CID 86972326 .

[3] Рахман А., Барр К. и Рик П.Д. (2001). Идентификация структурного гена трансферазы TDP-Fuc4NAc:Lipid II Fuc4NAc, участвующей в синтезе общего антигена энтеробактерий в Escherichia coli K-12. Журнал бактериологии, 183 (22), 6509–6516. https://doi.org/10.1128/JB.183.22.6509-6516.2001

[:1-4] Перейти обратно: ^а ^б ^с Кун Х.-М., Мейер-Дитер У. и Майер Х. (1988). ЭКА — общий антиген энтеробактерий. Письма FEMS по микробиологии , 54 (3), 195–222.

[5] Кастелли, М.Э., и Вескови, Э.Г. (2011). Путь передачи сигнала Rcs запускается изменениями структуры общего антигена энтеробактерий у Serratia marcescens. Журнал бактериологии, 193 (1), 63–74. https://doi.org/10.1128/JB.00839-10

[:2-6] Перейти обратно: ^а ^б Шен X., Ян Ю., Ли П., Луо Х. и Конг К. (2021). Достижения в изучении общего антигена энтеробактерий. Китайский журнал биотехнологии, 37 (4), 1081–1091. https://doi.org/10.13345/j.cjb.200334

[:3-7] Перейти обратно: ^а ^б Каджимура Дж., Рахман А. и Рик П.Д. (2005). Сборка циклического общего антигена энтеробактерий в Escherichia coli K-12. Журнал бактериологии, 187 (20), 6917–6927. https://doi.org/10.1128/JB.187.20.6917-6927.2005

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]