Общая структура и функции липополисахаридов
Липополисахариды (LPS) являются важными компонентами внешней мембраны грамотрицательных бактерий. Эти молекулы также известны как липогилканы из-за присутствия молекул липидов и сахаров. Липополисахариды состоят из:
1. Липид А: гидрофобный домен, который является эндотоксином и основным фактором вирулентности
2. О-антиген, повторяющийся гидрофильный дистальный олигосахарид
3. Полисахарид с гидрофильным ядром
Липидный компонент А варьируется от одного организма к другому и необходим для придания бактериям специфических патогенных свойств. Липид А, выделяющийся в кровоток, вызывает лихорадку, диарею, а при неблагоприятных обстоятельствах приводит к септическому (эндотоксическому) шоку. Хотя липидная часть А является очень консервативной частью LPS, структура отличается у разных штаммов, видов и подвидов бактерий. Следовательно, общая иммунная активация и реакция зависят от структуры липидной части LPS [1].
Присущий грамотрицательным бактериям, LPS обеспечивает целостность бактериальной клетки и механизм взаимодействия бактерий с другими поверхностями. Большинство бактериальных молекул LPS термостабильны и создают надежный провоспалительный стимул для иммунной системы млекопитающих.
В отличие от липида А, О-антигены являются наиболее изменчивой частью молекулы LPS, которая придает молекуле антигенную специфичность. Поскольку разные типы LPS присутствуют в разных родах грамотрицательных бактерий, LPS используется для серотипирования грамотрицательных бактерий. Именно О-антиген придает серологическое различие видам бактерий [2].
Сравнительная характеристика липополисахаридов на примере условно-патогенной Burkholderia thailandensis и патогенной Burkholderia pseudomallei
B. thailandensis – условно-патогенная грамотрицательная бактерия, выделенная из почвы и воды в Юго-Восточной Азии и северной Австралии. Филогенетически близкие бактерии: B. mallei и B. pseudomallei– вызывают заболевания сапа и мелиоидоз [3]. Что касается мелиоидоза, то данное заболевание представляет собой наиболее распространенную причину смертельного внебольничного сепсиса и пневмонии [4]. Клинические проявления варьируются от острого сепсиса до хронического локализованного заболевания и латентной инфекции. Заразиться бактериями B. pseudomallei, живущими в почве либо в пресной воде, можно через порезы или ссадины кожи [3].
Большинство комменсальных и патогенных грамотрицательных бактерий в том числе B. pseudomallei образуют биопленки. Эти биопленки обеспечивают стабильность и устойчивость бактериальных популяций к различным лекарствам и антибиотикам. Модификация LPS путем пальмитоилирования является одной из стратегий, которые приводят к образованию стабильной биопленки.
Структурно LPS B. thailandensis аналогичен структуре LPS B. pseudomallei. Он состоит из внешнего уникального О-антигена и внутреннего основного олигосахарида, который связан с липидом А.
Основной вид липида А, идентифицированный у B. thailandensis, представляет собой гетерогенную смесь пента- и тетраацилированных структур, различающихся заменами Ara4N и ацилированием C14:0(3-OH). Липид А B. pseudomallei имеет различные жирные ацильные цепи, индуцирует слабую иммунологическую активность и, таким образом, уклоняется от ранней защиты хозяина. Присутствие Ara4N-модифицированных фосфатных групп и C14:0(2-OH) в липиде А может придавать устойчивость к воздействию цАМФ и позволять патогену выживать внутриклеточно. Напротив, более мощные ЛПС, синтезируемые B. thailandensis может сильнее активировать врожденную иммунную систему. Следовательно, B. thailandensis становится более восприимчивым к бактерицидным эффектам врожденных иммунных реакций хозяина, что приводит к эффективному выведению патогена [5].
Также имеются данные, что оперон биосинтеза О-антигена B. thailandensis идентичен или по крайней мере очень похож на таковой у B. pseudomallei [6].
Таким образом, B. thailandensis, генетически родственный непатогенный вид, имеет LPS схожий с B. pseudomallei , который перекрестно реагирует на сыворотки, полученные от инфекций B. pseudomallei и B. mallei. С клинической точки зрения эта идентичность привела к разработке вакцины против мелиоидоза с использованием LPS из B. thailandensis.
Знание структуры и функций липополисахаридов патогенных грамотрицательных бактерий дает основу для борьбы с инфекционными заболеваниями, для создания вакцин, на основе близкородственных условно-патогенных бактерий.