Аминолипиды вызывают функциональную торговлю

Журнал ISME, том 17, страницы 315–325 (2023 г.) Процитировать эту статью

1859 г. Доступов

3 цитаты

17 Альтметрика

Подробности о метриках

Липиды играют решающую роль в поддержании целостности клеток и гомеостаза с окружающей средой. Бактерии клады Cosmopolitan searoseobacter (MRC) и SAR11 уникальны тем, что помимо глицерофосфолипидов они также производят ряд липидов, содержащих аминокислоты, которые конъюгированы с бета-гидроксижирными кислотами через амидную связь. Два из этих аминолипидов, орнитин-аминолипид (OL) и глутамин-аминолипид (QL), синтезируются с использованием О-ацетилтрансферазы OlsA. Здесь мы демонстрируем, что OL и QL присутствуют как во внутренней, так и во внешней мембранах грамотрицательной бактерии MRC Ruegeria pomeroyi DSS-3. У мутанта olsA потеря этих аминолипидов компенсируется одновременным увеличением количества глицерофосфолипидов. Неспособность производить аминолипиды вызвала значительные изменения в протеоме мембраны: мембрана стала менее проницаемой, а ключевые транспортеры питательных веществ подавлялись, в то время как активность белков, участвующих в реакции мембранного стресса, повышалась. Действительно, импорт меченных 14C холина и диметилсульфониопропионата в качестве посредника для транспорта ключевых морских питательных веществ через мембраны был значительно нарушен у мутанта olsA. Более того, мутант olsA был значительно менее конкурентоспособен, чем дикий тип (WT), поскольку не мог конкурировать со штаммом WT в совместной культуре. Однако мутант olsA, неспособный синтезировать эти аминолипиды, менее восприимчив к прикреплению фага. В совокупности эти данные показывают критическую роль аминолипидов в экофизиологии этой важной клады морских бактерий и компромисс между ростом и предотвращением прикрепления бактериофагов.

Мембранные липиды составляют структурную основу клетки, отделяющую внутриклеточные компартменты и клеточные компоненты от внешней среды. Глицерин образует основу синтеза глицерофосфолипидов у бактерий, архей и эукариот, и большая часть нашего понимания мембранных липидов, включая синтез, биохимию и биофизику липидного бислоя, основана на обширных исследованиях на нескольких модельных организмах (например, Escherichia coli). ). Давно утверждалось, что эволюция отобрала использование глицерофосфолипидов в мембране последнего общего предка в ранней эволюции клеток и действительно, глицерофосфолипиды повсеместно распространены во всех формах жизни [1, 2].

Важной, но недостаточно изученной группой липидов являются аминолипиды, содержащие аминокислоты. Недавние работы показали, что аминолипиды особенно распространены в экологически важных космополитных морских гетеротрофных бактериях. Ранее на модели морских бактерий семейства Roseobacter (MRC) мы показали, что у этой группы бактерий широко распространены орнитинсодержащие (OL) и глутаминсодержащие (QL) аминолипиды [3, 4]. Биосинтез этих липидов осуществляется двумя различными ферментами: N-ацетилтрансферазой, ответственной за начальную конъюгацию соответствующей аминокислоты (т.е. глутамина или орнитина) с бета-гидроксижирной кислотой, и О-ацетилтрансферазой, ответственной за конъюгацию вторая жирная кислота после лизолипида. В модельной морской бактерии клады Roseobacter Ruegeria pomeroyi DSS-3 биосинтез OL и QL опосредуется OlsB и GlsB с последующим O-ацетилированием белком OlsA [4]. Биосинтез OL у некоторых бактерий, таких как Vibrio и Serratia, также может опосредоваться слитым белком OlsF, который содержит N-концевой OlsB-подобный домен и C-концевой OlsA-подобный домен [5, 6]. Недавно было описано несколько других аминолипидов, в том числе глицин- и лизин-содержащие аминолипиды у Bacteroidetes и Pseudopedobacter и сульфонат-содержащие аминолипиды у розеобактерий соответственно [7,8,9].

Физиологическая роль этих липидов, содержащих аминокислоты, остается в значительной степени неизученной. Мы и другие показали, что аминолипиды, такие как OL и QL, распространены у ряда морских бактерий и синтезируются в качестве суррогатных липидов для замены глицерофосфолипидов в ответ на ограничение фосфора (P), хотя в штаммах MRC, но не в штаммах SAR11, эти аминолипиды конститутивно выраженный [4, 10,11,12,13]. Действительно, многие бактерии продуцируют ОЛ конститутивно, независимо от доступной концентрации фосфора [14]. ОЛ, по-видимому, влияет на количество цитохромов в мембранах Rhodobacter capsulatus [11]. У Sinorhizobium meliloti OL сверхпродуцируется в ответ на фосфорный стресс, хотя он не играет роли в клубеньковании [12]. Недавно было показано, что перепроизводство ОЛ повышает устойчивость Pseudomonas aeruginosa к катионным противомикробным препаратам [15]. Роль QL менее понятна. QL, по-видимому, ограничен кладой морских розеобактеров и близкородственными бактериями семейства Rhodobacteraceae и взаимозаменяем с OL [4].