Биоорганическая химия, 2019, T. 45, № 6, стр. 576-587

ВВЕДЕНИЕ

Обзор посвящен О-специфическим полисахаридам (ОПС), или в биологичском контексте О‑антигенам, недавно открытого важного в медицинском отношении вида энтеробактерий – Escherichia albertii. ОПС представляет собой полисахаридную цепь липополисахарида, расположенного на поверхности клетки грамотрицательных бактерий. Его тонкая структура определяет специфичность иммунного ответа организма-хозяина на бактериальную инфекцию, а широкое структурное разнообразие ОПС позволяет бактериям избегать защитного действия механизма адаптивного иммунитета.

Вид E. albertii получил свое название в честь бангладешского микробиолога Джона Альберта (M. John Albert).¹¹ Бактерии этого нового вида, близкородственные кишечной палочке (E. coli), являются возбудителями спорадических и эпидемических кишечных инфекций у людей и птиц [1–4]. Впервые штамм E. albertii был выделен от детей с диареей в Бангладеш и определен как штамм Hafnia alvei, но в 2003 году эта ошибка была исправлена [1]. Однако и после этого штаммы E. albertii продолжали ошибочно идентифицировать как E. coli, H. alvei и другие бактерии в связи с отсутствием описания их конкретных биохимических характеристик. Вследствие этого распространенность штаммов E. albertii может быть недооценена из-за отсутствия эффективных методов их дискриминации от других членов семейства Enterobacteriaceae.

До последнего времени бактерии E. аlbertii оставались малоизученными и в других аспектах. В частности, отсутствовала их классификация, необходимая для серодиагностики, эпидемиологического мониторинга и выявления источников инфекции. В 2015–2018 гг. геномы около 100 штаммов E. albertii, выделенных из пищевых источников, были секвенированы и на основании различий в генных кластерах О-антигенов (ГКО) разделены на девять молекулярных типов, потенциально отвечающих девяти О-серотипам (O1–O9) ([5]; а также: H. Zheng, Y. Xiong, J. Wang, H. Wang, Q. Li, неопубликованные данные). Последующее установление строения ОПС представителей этих типов подтвердило обоснованность такой классификации. С использованием полученных данных о строении ОПС методами биоинформатики был проведен функциональный анализ генов биосинтеза О-антигенов E. albertii. Полученные в результате этих исследований данные являются предметом настоящего обзора.

СОСТАВ И СТРОЕНИЕ О-СПЕЦИФИЧЕСКИХ ПОЛИСАХАРИДОВ Escherichia albertii

ОПС построены из повторяющихся олигосахаридных единиц (О-звеньев), включающих различные моносахариды и неуглеводные компоненты. В так называемом биологическом О-звене моносахариды расположены в том порядке, в каком они переносятся один за другим при сборке О-звена в процессе биосинтеза ОПС. Как правило, структурный анализ ОПС приводит к установлению строения олигосахаридного звена, которое может совпадать со строением биологического О-звена или отличаться от него пермутацией моносахаридных компонентов. Для выяснения структуры биологического О-звена в последнее время используются генетические данные (см. раздел “ГЕНЕТИКА БИОСИНТЕЗА О-АНТИГЕНОВ E. albertii”). С помощью такой комбинации химического и генетического подходов установлены структуры биологических О-звеньев всех типов E. albertii [6–12], приведенные в табл. 1.

Таблица 1.  

Строение О-специфических полисахаридов и состав и организация генных кластеров О-антигенов E. albertii

Заместители, присутствующие в нестехиометрическом количестве, обозначены курсивом. Генам процессинга и гомологам генов путей биосинтеза нуклеотидных предшественников моносахаридов и генов трансфераз с известными функциями даны соответствующие названия; остальные гены обозначены как orf c номером, указывающим их положение в ГКО. Цветовые обозначения: гены синтеза нуклеотидных (UDP, GDP, dTDP, CMP) или ундекапренилдифосфатного (UndPP) предшественников моносахаридов – синим, гены гликозилтрансфераз – зеленым, ген ацетилтрансферазы – фиолетовым, ген глицерофосфотрансферазы – оранжевым, гены процессинга О-антигена (флиппазы wzx и полимеразы wzy) – красным, гены, фланкирующие генный кластер (galF, gnd), и гены с неизвестной функцией – белым. Аналогичные цветовые обозначения имеют кодируемые этими генами трансферазы, показанные на структурах полисахаридов рядом со связями, к которым они отнесены на основании гомологии с депонированными в базах данных аминокислотными последовательностями с предсказанными или экспериментально установленными функциями.

Размер О-звеньев E. albertii варьируется от трех до пяти моносахаридных остатков. Четыре из девяти типов E. albertii имеют линейные ОПС, а ОПС пяти типов являются разветвленными с одним боковым моносахаридным остатком, за исключением О-звена типа О6, в котором присутствуют две боковые гликозильные группы.

Из моносахаридов в ОПС E. albertii наиболее часто встречается D-Glc, D-Gal, D-GlcNAc и D-GalNAc, причем D-Gal является единственным сахаром, который найден не только в пиранозной, как все другие моносахариды, но и в фуранозной форме (в ОПС типов О5 и О7). Компонентами ОПС E. albertii являются также дезоксисахара L-Rha, L‑Fuc и колитоза (3,6-дидезокси-L-ксило-гексоза), дезоксиаминосахара L-QuiNAc и L-RhaNAc, диаминогексуроновые кислоты D-GlcNAm3NAcA и D-ManNAc3NAcA и сиаловая кислота Neu5Ac.

Большинство аминогрупп аминосахаров ацетилированы, но в положении 2 производного диаминоглюкуроновой кислоты в ОПС типа О1 находится ацетамидиновая (N-ацетимидоиламино) группа. ОПС двух типов фосфорилированные. В основной цепи ОПС E. albertii O3 присутствует гликозилфосфат, а в ОПС типа О9 фосфатная группа присоединяет глицерин к остатку галактозы.

Кроме собственно О-антигена – фосфорилированного полисахарида, строение которого приведено в табл. 1, – E. albertii O9 продуцирует маннан, имеющий такую же структуру повторяющегося звена →3)-β-D-Manp-(1→2)-α-D-Manp-(1→2)-α-D-Manp-(1→ (О.И. Науменко, А.С. Шашков, С.Н.  Сенченкова, Ю.А. Книрель, неопубликованные данные), что и описанный ранее маннан E. coli O8 [13].

МЕТОДЫ СТРУКТУРНОГО АНАЛИЗА ПОЛИСАХАРИДОВ

Для структурного анализа ОПС получали мягкой кислотной деградацией липополисахаридов, выделенных из бактериальных клеток водно-фенольной экстракцией [14]. В результате расщеплялась кислотолабильная гликозидная связь остатка 3-дезоксиоктулозоновой кислоты, соединяющая углеводную и липидную части липополисахарида. В используемых для деградации условиях (2% СН₃СО₂Н, 100°С, 2 ч) гликозидные связи моносахаридных компонентов ОПС сохранялись за исключением кислотолабильной связи 3,6-дидезоксигексозы (колитозы), находящейся в боковой цепи ОПС E. albertii O8. Частичное отщепление этого моносахарида привело к нерегулярному полисахариду с нестехиометрическим (~60%) содержанием колитозы [10]. Из липополисахарида типа O9 образовались два полисахарида – ОПС и маннан, которые были разделены гель-проникающей хроматографией на Сефадексе G-50.

Моносахаридный состав ОПС определяли методом ГЖХ ацетилированных полиолов, которые получали из моносахаридов, высвобождавшихся полным кислотным гидролизом ОПС [15]. Этим методом были идентифицированы все моносахаридные компоненты ОПС E. albertii, за исключением 2,3-диамино-2,3-дидезоксигексуроновых кислот, входящих в состав ОПС типа О1, которые не удалось выделить в свободном виде из-за высокой кислотоустойчивости их гликозидных связей. В связи с этим производные диаминогексуроновых кислот идентифицировали с помощью спектроскопии ЯМР без их выделения. Такой же подход использовался для определения колитозы, которая не только присоединена кислотолабильной гликозидной связью, но и сама в значительной степени разрушается в условиях полного кислотного гидролиза.

Строение ОПС E. albertii устанавливали с помощью спектроскопии ЯМР на ядрах ¹Н и ¹³С. Одномерные эксперименты ЯМР позволяли оценить степень регулярности ОПС, определить размер О-звена, природу моносахаридов и неуглеводных компонентов, в случае их присутствия.

Для дальнейшего структурного анализа проводилось отнесение сигналов в спектрах ¹H и ¹³C с помощью двумерной корреляционной спектроскопии ЯМР, включая эксперименты ¹Н,¹Н COSY, ¹H,¹Н TOCSY и ¹H,¹³C HSQC. Это открывало путь для определения конфигураций моносахаридов и гликозидных связей на основании констант спин-спинового взаимодействия вицинальных протонов моносахаридных циклов. Двумерные эксперименты ¹Н,¹Н ROESY или ¹H,¹H NOESY и ¹H,¹³C HMBC выявляли корреляции между атомами соседних моносахаридных остатков и тем самым положения замещения и последовательность моносахаридов в О-звене. Типы гликозидных связей подтверждали химическими сдвигами ¹³С-ЯМР на основании известного эффекта – существенного сдвига в слабое поле сигналов связевых атомов углерода. Подробно основные принципы применения двумерной спектроскопии ЯМР для установления строения сложных углеводов рассмотрены в обзоре [16].

В ряде случаев спектроскопия ЯМР имела ограничения, связанные с нерегулярностью структуры полисахарида или совпадением сигналов в спектрах. Для преодоления этих трудностей применялись химические модификаци ОПС. Так, для частично O-ацетилированных ОПС E. albertii O2, O5 и O8 проводилось дезацетилирование в мягких щелочных условиях (12.5% NH₄OH, 37°C, 16 ч). Для ОПС типов О2 и О8, содержащих боковые моносахаридные остатки (L-фукозу или колитозу) в нестехиометрическом количестве, применяли распад по Смиту или частичный кислотный гидролиз, соответственно, для удаления этих остатков.

Кислый ОПС E. albertii O9 модифицировали обработкой 48% фтористоводородной кислотой, приводящей к отщеплению глицерофосфатной группы без разрыва гликозидных связей и образованию нейтрального полисахарида.

Эффективный контроль за химическими превращениями осуществляли с помощью спектроскопии ЯМР. Например, рис. 1 показывает, какие изменения происходят в спектре ¹³С-ЯМР при дезацетилировании нестехиометрически (~70%) О-ацетилированного ОПС типа О5. Сравнение спектров ЯМР исходного и модифицированного полисахаридов использовалось также для подтверждения содержания и первоначального положения удаляемых моносахаридных остатков или неуглеводных заместителей.

Рис. 1.

Спектры ¹³С-ЯМР ОПС E. albertii О5 (внизу) и полученного из него регулярного О‑дезацетилированного полисахарида (вверху). Сигналы О-ацетилированного остатка Galp в ОПС обозначены курсивом. Цифры соответствуют атомам углерода в моносахаридных остатках, обозначенных буквами: А – GalNAc, В – Galf, С – Galp, D – GlcNAc.

Cтроение ОПС подтверждали избирательным расщеплением с образованием олигосахаридов, для которого использовались частичный кислотный гидролиз и сольволиз трифторуксусной или трифторметансульфоновой (трифликовой) кислотами [17–19].

При сольволизе действием CF₃CO₂H и гидролизе разбавленной кислотой в ОПС E. albertii O5 [9] расщеплялись гликозидные связи остатков β-Galf и β-GalNAc и были получены трисахариды (1) из исходного ОПС или (3) из О-дезацетилированного полисахарида (рис. 2 и 3, соответственно). Кроме того, образовались продукты разрыва только одной из этих лабильных связей, причем сольволиз и гидролиз вызывали преимущественное расщепление разных связей, давая тетрасахариды (2) или (4) с остатком GalNAc или Gal на восстанавливающем конце (рис. 2 и 3, соответственно). Отметим, что сольволиз не затрагивал О‑ацетильные группы, присутствующие в ОПС.

Рис. 2.

Избирательное расщепление ОПС E. albertii O5 сольволизом CF₃CO₂H.

Рис. 3.

Избирательное расщепление О-дезацетилированного ОПС E. albertii O5 кислотным гидролизом.

Сольволиз ОПС E. albertii О4 [8] трифторуксусной кислотой привел к набору олигосахаридов (5)–(7) от трисахарида до пентасахарида, в результате разрыва одной или нескольких гликозидных связей остатков α-Fuc, α-Rha и β-GlcNAc (рис. 4). Эти олигосахариды боргидридным восстановлением превращали в соответствующие олигозилполиолы, более удобные для хроматографического выделения и ЯМР-спектроскопического анализа.

Рис. 4.

Избирательное расщепление ОПС E. albertii O4 сольволизом CF₃CO₂H.

ОПС E. albertii О1 был устойчив к действию трифторуксусной кислоты, и для его избирательного расщепления использовалась трифликовая кислота. Как и ожидалось, при сольволизе CF₃S-O₃H разрывалась только связь α-GlcNAc и образовался трисахарид (8), соответствующий О‑звену ОПС (рис. 5) (О.И. Науменко, А.С. Шашков, Ю.А. Книрель, неопубликованные данные).

Рис. 5.

Избирательное расщепление ОПС E. albertii O1 сольволизом CF₃SO₃H.

Строение полученных олигосахаридов устанавливали с помощью спектроскопии ЯМР и масс-спектрометрии высокого разрешения с ионизацией электрораспылением. При этом для кислого трисахарида (8) из ОПС E. albertii О1 регистрировали отрицательные ионы, а для нейтральных олигосахаридов, полученных из других ОПС, − положительные ионы.

ГЕНЕТИКА БИОСИНТЕЗА О-АНТИГЕНОВ E. albertii

У большинства грамотрицательных бактерий, включая E. albertii, синтез ОПС протекает по Wzx/Wzy-зависимому пути [20], который инициируется переносом гликозилфосфата D-GlcNAc-1-P из нуклеотидного производного UDP-D-GlcNAc на липидный носитель – ундекапренилфосфат (UndP) – при участии белка WecA. У бактерий, у которых первым моносахаридом О-звена является D-GalNAс (например, у E. albertii О5, О7 и О8), образующийся гликофосфолипид UndPP-D-GlcNAc превращается в UndPP-D-GalNAc с помошью 4-эпимеразы Gnu [21].

Последующая сборка олигосахаридного О-звена происходит путем последовательного переноса моносахаридов или гликозилфосфатов из соответствующих нуклеотид-активированных производных на UndPP-связанный аминосахар при участии специфических гликозилтрансфераз. Затем готовое О-звено, присоединенное к фосфолипиду Und-PP, переносится через внутреннюю мембрану с помощью транслоказы (флиппазы) Wzx, и заканчивается синтез ОПС полимеризацией О-звена О‑антигенполимеразой Wzy при участии регулятора Wzz, обеспечивающего модальное распределение длин полисахаридной цепи. В некоторых случаях имеет место постполимеризационная модификация ОПС, такая как, например, О-ацетилирование. После завершения синтеза ОПС переносится на олигосахаридный кор, присоединенный к липидной части (так называемому липиду А), и полученный липополисахарид экспортируется на внешнюю мембрану клеточной оболочки.

Большинство генов (открытых рамок считывания orf), участвующих в биосинтезе ОПС, организованы в генный кластер О-антигена (ГКО). У E. albertii он фланкирован консервативными генами galF и gnd и включает от 7 до 16 функциональных генов, имеющих одинаковое направление считывания от galF к gnd (табл. 1). Секвенирование ГКО всех типов E. albertii и аннотация входящих в них генов показали, что по своему составу и организации ГКО так же уникальны, как структуры ОПС этих бактерий.

В ГКО присутствуют гены синтеза нуклеотидных предшественников специфических моносахаридных компонентов ОПС и гены необходимого числа гликозилтрансфераз (на одну меньше, чем число моносахаридов в О-звене) (табл. 1). Большинство генов гликозилтрансфераз E. albertii отнесены к определенным гликозидным связям (табл. 1) путем сравнения с генами, кодирующими белки с известными функциями, которые депонированы в базе данных GenBank.

ГКО всех типов включают также гены процесинга wzx и wzy, а в генном кластере маннана E. albertii O9 вместо них присутствуют гены wzm и wzt (см. рис. 8 в следующем разделе), осуществляющие полимеризацию по альтернативному Wzm/Wzt-зависимому пути, который характерен для гомополисахаридов. Он заключается в наращивании полисахаридной цепи путем переноса моносахаридных остатков (в данном случае остатков маннозы) одного за другим без предварительной сборки олигосахаридного звена [20].

Кроме того, ГКО некоторых типов E. albertii содержат гены, кодирующие интегразы, транспозазы и другие белки с невыясненной ролью в синтезе ОПС.

Как это типично для грамотрицательных бактерий, предшественники D-Glcp, D-Galp и D-GlcNAc синтезируются генами “домашнего хозяйства”, расположенными вне ГКО E. albertii. В другом месте генома находится также ген wecA, необходимый для синтеза UndPP-D-GlcNAc. Ген gnu для синтеза UndPP-D-GalNAc из UndPP-D-GlсNAc, как и в геномах бактерий E. coli, находится вне ГКО рядом с геном galF (табл. 1), и его присутствие указывает на то, что первым моносахаридом О-звена является D-GalNAc.

ГКО E. albertii О3 и O9, в состав ОПС которых входят α-D-глюкозилфосфат или глицерофосфат, включают гены orf2 и orf3, кодирующие гликозилфосфотрансферазу и глицерофосфотрансферазу, соответственно. В ГКО E. albertii О8 присутствует ген ацетилтрансферазы wbsI для O-ацетилирования остатка D-галактозы, тогда как у бактерий E. albertii О2 и О5, ОПС которых также содержат О-ацетильные группы, гены ацетилтрансфераз в ГКО не обнаружены, и, следовательно, они находятся в другом месте генома.

Пути биосинтеза большинства нуклеотидных предшественников специфических моносахаридных компонентов ОПС E. albertii известны [22–27], и соответствующие гены присутствуют в ГКО (табл. 1). К таким нуклеотид-активированным моносахаридам относятся UDP-D-Galf (типы О5 и О7), UDP-D-GalNAc (O4 и O8), UDP-L-QuiNAc (O3), UDP-L-RhaNAc (O6), UDP-D-ManNAc3NAcA (O1), dTDP-L-Rha (O4), GDP-L-Fuc (O2, O4 и O8), GDP-Col (O8) и CMP-Neu5Ac (O7). Для каждого пути в ГКО присутствуют от одного гена (UDP-D-Galf, UDP-D-GalNAc) до шести генов (GDP-Col).

Путь биосинтеза нуклеотидного предшественника диаминоуроновой кислоты D-GlcNAm3NAcA, являющейся уникальным компонентом ОПС E. albertii О7, не установлен. Предположительно этот моносахарид активируется в виде UDP-производного, которое образуется из UDP-D-GlcNAc3NAcA, являющейся также предшественником UDP-D-ManNAc3NAcA – другого компонента этого ОПС. Очевидно в процессе участвует аминотрансфераза Orf13, которая превращает 2‑N-ацетильную группу остатка D-GlcNAc3NAcA в 2-N-ацетимидоильную.

Особенность ГКО E. albertii O9 – отсутствие генов биосинтеза нуклеотидного предшественника D-маннозы, входящей в состав ОПС, тогда как обычно у эшерихий и родственных бактерий, использующих GDP-D-Man для синтеза маннозосодержащих ОПС, два из трех необходимых генов (manB и manС) находятся в ГКО. Эти гены обнаружены в геноме бактерий типа О9 в генном кластере маннана, расположенном рядом с ГКО по направлению считывания (см. рис. 8 в следующем разделе), и в ГКО не дублируются.

СТРУКТУРНОЕ И ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РОДСТВО ПОЛИСАХАРИДОВ E. albertii И E. coli

В то время как ОПС большинства типов E. albertii отличаются уникальными структурами и ГКО не только внутри вида, но и внутри рода эшерихий, ОПС типов O3 и O6-O8 имеют выраженные структурные и генетические взаимосвязи с ОПС E. соli.

Так, ОПС E. albertii О6 и E. соli О3 характеризуются идентичным строением, а ОПС E. albertii О3 отличаются от E. соli О181 только отсутствием О-ацетильной группы в положении 6 остатка GalNAc [8]. В ГКО обеих пар бактерий присутствуют гомологи одних и тех же генов, расположенных в одинаковом порядке (у E. соli О181 ген ацетилтрансферазы очевидно находится вне ГКО).

E. albertii О7 имеет такое же строение трисахаридной линейной части О-звена что и E. соli О124 и О164, и такой же трисахаридный фрагмент β-D-Galp-(1→6)-α-D-Galf-(1→3)-β-D-GalpNAc присутствует в линейном тетрасахаридном О-звене E. albertii О5 (рис. 6) [8, 9]. Соответственно ГКО этих четырех бактерий имеют гомологичные участки, включающие гены UDP-D-Galp-мутазы glf (для синтеза UDP-D-Galf) и двух гликозилтрансфераз wfeS и wfeT, ответственных за синтез общего трисахаридного фрагмента ОПС.

Рис. 6.

Строение структурно родственных ОПС E. albertii O5 и О7 и E. соli О124 и О164. Rlac обозначает (R)-1-карбоксиэтильную группу (остаток молочной кислоты). Гликозилтрансферазы показаны рядом с гликозидными связями, к которым они относятся.

ОПС E. albertii О8 характеризуется структурным сходством с ОПС E. соli О128 – оба имеют одинаковую основную цепь с повторяющимся тетрасахаридным звеном, но различные боковые моносахаридные заместители (α-Col у первого и α-L-Fuc у второго) [10]. Соответственно, их ГКО имеют высокогомологичные участки, ответственные за сборку О-звена и процессинг О-антигена (гомология генов гликозилтрансфераз, присоединяющих терминальные моносахаридные остатки, и генов процесинга wzx и wzy у этих двух бактерий очевидно обусловлена близким структурным родством α-L-фукозы и α-колитозы, являющейся 3-дезокси-аналогом L-фукозы). С другой стороны, ОПС E. albertii О8 и E. соli О55 имеют общий дисахаридный фрагмент, включающий терминальный остаток α-колитозы (рис. 7). ГКО этих двух бактерий роднит присутствие генов пути биосинтеза колитозы, а также гомологов гена гликозилтрансферазы, ответственной за образование первой гликозидной связи внутри О-звена α‑D-Galp-(1→3)-β-D-GalpNAc.

Рис. 7.

Строение близкородственных ОПС и сравнение ГКО E. albertii О8, E. соli О55 и E. соli О128. Гликозилтрансферазы и ацетилтрансфераза показаны рядом со связями, к которым они относятся. Черным обозначены гены процессинга, темно-серым – гены гликозилтрансфераз, светло-серым – гены синтеза моносахаридных предшественников. Степень идентичности гомологов генов и модулей генов указана между кластерами в процентах.

Рис. 8.

Структура маннана и сравнение генных кластеров О-антигенов и маннана E. albertii О9 и E. соli О8. Черным обозначены гены процессинга, темно-серым – гены гликозилтрансфераз, светло-серым – гены синтеза монсахаридных предшественников. В генном кластере маннана orf5 кодирует метилтрансферазу. Степень идентичности генов и модулей генов указана между кластерами в процентах.

Маннан, второй полисахарид, продуцируемый Е. albertii О9, имеет такую же структуру повторяющегося звена, что и терминированный О-метильной группой маннан, обнаруженный ранее у Е. coli O8 [13]. Генные кластеры биосинтеза маннана у этих двух бактерий имеют одинаковые состав и организацию, и у обеих они находятся рядом с ГКО, расположенным между генами galF и gnd (рис. 8) (H. Zheng, Y. Sun, L. Bai, J. Wang, H. Wang, Q. Li, Y. Xiong, неопубликованные данные).²²

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенное исследование О-антигенов E. albertii позволило установить строение ОПС с одной стороны и провести аннотацию входящих в ГКО генов биосинтеза ОПС с другой стороны.

В отличие от ГЖХ ацетилированных полиолов, применяющейся для определения моносахаридного состава уже более 50 лет и ставшей классическим методом химии углеводов, структурный анализ полисахаридов в последние десятилетия претерпел существенные изменения. Так, как и во всех других современных структурных исследованиях полисахаридов, основным методом установления строения ОПС E. albertii была двумерная спектроскопия ЯМР. ОПС, лишенные строгой регулярности вследствие присутствия О-ацетильных группы или боковых моносахаридных заместителей в нестехиометрическом количестве, предварительно превращали в регулярные полисахариды путем удаления этих компонентов.

Для подтверждения установленных структур использовался избирательный сольволиз сильными органическими протонными кислотами с выходом на олигосахаридные фрагменты ОПС. В отличие от специфических методов избирательного расщепления, таких как распад по Смиту, дезаминирование аминосахаров или β-элиминирование из положения 4 уроновых кислот [19], этот подход не предъявляет определенных требований к составу и строению ОПС и может быть применен практически к любому гетерополисахариду. Полученные данные показали, что наименее устойчивы к сольволизу трифторуксусной кислотой гликозидные связи дезоксигексоз и гексофураноз, а также β-связанных N-ацетилгексозаминов, и в целом соответствовали выявленным ранее закономерностям [17, 19]. Связь N-ацетил-α-гексозаминов устойчива к действию этого реагента, и для ее расщепления потребовался более сильный сольволитический агент – трифликовая кислота.

Состав и строение ОПС E. albertii являются типичными для энтеробактерий. Как и для близкородственных микроорганизмов E. coli, для них характерны так называемые общие сахара D-Glc, D-Gal и D-GlcNAc, а также D-GalNAc. Один из этих аминосахаров является первым моносахаридом биологического О-звена, с переноса которого на липидный носитель начинается биосинтез ОПС. Большинство специфических компонентов ОПС E. albertii также были найдены в ОПС различных серотипов E. coli, за исключением производных 2,3-диамино-2,3-дидезоксигексурновых кислот, присутствие которых сближает ОПС E. albertii О1 с ОПС ряда О-серотипов Pseudomonas aeruginosa [33]. Как правило, один из специфических компонентов ОПС расположен в терминальном положении последнего О-звена и благодаря своей пространственной доступности вносит наибольший вклад в специфичность иммунного ответа на бактериальную инфекцию.

Как у E. coli и родственных энтеробактерий (Salmonella enterica, Citrobacter spp. и ряда других), ГКО E. albertii расположен в хромосоме между консервативными генами galF и gnd. В него входят большинство генов, участвующих в биосинтезе ОПС, и генный состав ГКО хорошо согласуется с установленными структурами ОПС всех типов E. albertii. Типичным для энтеробактерий является отсутствие в ГКО гена wecA для синтеза UndPP-D-GlcNAc, который находится в генном кластере биосинтеза общего энтеробактериального антигена и в ГКО не дублируются. В отличие от ГКО E. albertii O8, в ГКО E. albertii O2 и О5 не обнаружены гены ацетилтрансфераз. Вероятнее всего они расположены вне ГКО в профагах, модифицирующих ОПС штамма-хозяина. Предполагаемая биологическая роль таких модификаций заключается в подаче сигнала другим фаговым частицам, специфически узнающим ОПС на бактериальной поверхности, что данная клетка уже инфицирована бактериофагом.

Кроме общих особенностей строения ОПС и организации ГКО E. albertii и E. соli, между отдельными штаммами этих бактерий наблюдается более близкое О-антигенное родство. Для одних штаммов это одинаковые структуры ОПС и высокогомологичные ГКО (E. albertii О3/E. соli О181, E. albertii О6/E. соli О3), для других – фрагменты структуры ОПС и соответствующие модули генов в ГКО (E. albertii О5 и О7/E. coli О124 и О164, E. albertii О8/E. coli О55 и О28). Такое сходство указывает на происхождение ГКО от общего предка или горизонтальный перенос ГКО в первом случае и на рекомбинацию ГКО двух бактерий во втором случае.

Особенностью E. albertii О9 является экспрессия двух полисахаридов, один из которых является собственно ОПС, кодируемым ГКО, а второй – маннаном, генный кластер которого расположен рядом с ГКО. Маннан с такой же структурой, кодируемый таким же генным кластером, был ранее обнаружен у E. coli О8 [13]. Как и ГКО штаммов E. albertii и E. coli с одинаковыми ОПС, генный кластер биосинтеза маннана очевидно был приобретен одной бактерией от другой путем горизонтального переноса.

Обобщенные в настоящем обзоре данные по структуре и генетике ОПС создают молекулярную основу для классификации штаммов E. albertii. Они имеют также практическое значение, открывая возможность экспресс-диагностики инфекционных заболеваний с помощью полимеразной цепной реакции, удобной мишенью для которой являются высокоспецифичные гены биосинтеза О-антигенов.