Os aminolipídios provocam comércio funcional

The ISME Journal volume 17, páginas 315–325 (2023)Cite este artigo

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Os lipídios desempenham um papel crucial na manutenção da integridade celular e da homeostase com o ambiente circundante. As bactérias do clado Roseobacter marinho cosmopolita (MRC) e do clado SAR11 são únicas porque, além dos glicerofosfolipídios, também produzem uma série de lipídios contendo aminoácidos que são conjugados com ácidos graxos beta-hidroxi por meio de uma ligação amida. Dois desses aminolipídios, o aminolipídeo ornitina (OL) e o aminolipídeo glutamina (QL), são sintetizados usando a O-acetiltransferase OlsA. Aqui, demonstramos que OL e QL estão presentes nas membranas interna e externa da bactéria Gram-negativa MRC Ruegeria pomeroyi DSS-3. Num mutante olsA, a perda destes aminolípidos é compensada por um aumento simultâneo de glicerofosfolípidos. A incapacidade de produzir aminolipídios causou alterações significativas no proteoma da membrana, com a membrana sendo menos permeável e os principais transportadores de nutrientes sendo regulados negativamente, enquanto as proteínas envolvidas na resposta ao estresse da membrana foram reguladas positivamente. De facto, a importação de colina e dimetilsulfoniopropionato marcados com 14C, como substituto para o transporte de nutrientes marinhos essenciais através das membranas, foi significativamente prejudicada no mutante olsA. Além disso, o mutante olsA foi significativamente menos competitivo que o tipo selvagem (WT), sendo incapaz de competir com a cepa WT em co-cultura. No entanto, o mutante olsA incapaz de sintetizar estes aminolipídios é menos suscetível à ligação do fago. Juntos, estes dados revelam um papel crítico para os aminolípidos na ecofisiologia deste importante clado de bactérias marinhas e um compromisso entre o crescimento e a evitação da ligação de bacteriófagos.

Os lipídios da membrana formam a base estrutural de uma célula que separa os compartimentos intracelulares e os componentes celulares do ambiente externo. O glicerol forma a espinha dorsal para a síntese de glicerofosfolipídios em bactérias, archaea e eucariotos e grande parte da nossa compreensão dos lipídios da membrana, incluindo a síntese, bioquímica e biofísica da bicamada lipídica, vem de extensos estudos em alguns organismos modelo (por exemplo, Escherichia coli ). Há muito se argumenta que a evolução selecionou o uso de glicerofosfolipídios na membrana do último ancestral comum no início da evolução das células e, de fato, os glicerofosfolipídios são onipresentes em todas as formas de vida [1, 2].

Um grupo de lipídios importante, mas pouco estudado, são os aminolipídios que contêm aminoácidos. Trabalhos recentes demonstraram que os aminolipídios são particularmente abundantes em bactérias heterotróficas marinhas cosmopolitas ecologicamente importantes. Usando as bactérias marinhas do clado roseobacter (MRC) como modelo, demonstramos anteriormente que os aminolipídios contendo ornitina (OL) e contendo glutamina (QL) são comuns neste grupo bacteriano [3, 4]. A biossíntese desses lipídios é realizada por duas enzimas distintas, uma N-acetiltransferase responsável pela conjugação inicial do aminoácido correspondente (ou seja, glutamina ou ornitina) a um ácido graxo beta-hidroxi e uma O-acetiltransferase responsável pela conjugação de um ácido graxo beta-hidroxi. segundo ácido graxo ao lisolipídeo. No modelo da bactéria do clado roseobacter marinho Ruegeria pomeroyi DSS-3, a biossíntese de OL e QL é mediada por OlsB e GlsB seguida pela O-acetilação pela proteína OlsA [4]. A biossíntese de OL em algumas bactérias, como Vibrio e Serratia, também pode ser mediada por uma proteína de fusão chamada OlsF, que contém um domínio semelhante a OlsB no terminal N e um domínio semelhante ao OlsA no terminal C [5, 6]. Vários outros aminolipídios foram documentados recentemente, incluindo aminolipídios contendo glicina e lisina em Bacteroidetes e Pseudopedobacter e um aminolipídio contendo sulfonato em roseobacters, respectivamente [7,8,9].

O papel fisiológico destes lipídios contendo aminoácidos permanece em grande parte não caracterizado. Nós e outros demonstramos que aminolipídios como OL e QL são comuns em uma variedade de bactérias marinhas e são sintetizados como lipídios substitutos para substituir glicerofosfolipídios em resposta à limitação de fósforo (P), embora em cepas MRC, mas não em cepas SAR11, esses aminolipídios sejam constitutivamente expresso [4, 10,11,12,13]. Na verdade, muitas bactérias produzem OL constitutivamente, independentemente da concentração de P disponível [14]. OL parece afetar a quantidade de citocromos nas membranas de Rhodobacter capsulatus [11]. Em Sinorhizobium meliloti, o OL é superproduzido em resposta ao estresse de fósforo, embora não desempenhe um papel na nodulação [12]. Recentemente, foi demonstrado que a superprodução de OL aumenta a resistência de Pseudomonas aeruginosa a antimicrobianos catiônicos [15]. O papel da QL é menos compreendido. QL parece estar restrito ao clado roseobacter marinho e bactérias intimamente relacionadas na família Rhodobacteraceae e parece intercambiável com OL [4].