Caracterização da porção o-antígeno do lipopolissacarídeo produzido por Herbaspirillum seropedicae SmR1

Abstract

Resumo: As projeções de crescimento populacional nas próximas décadas fomentam um debate acerca da incapacidade de atender às necessidades alimentares crescentes. O aumento na produção de alimentos, muitas vezes, é resultado do uso excessivo de fertilizantes químicos, o que pode causar danos ambientais significativos. Uma alternativa aos fertilizantes químicos nitrogenados é a fixação biológica de nitrogênio. Esse processo é essencial para o desenvolvimento das plantas, dependendo de uma colonização eficiente por parte das bactérias. Durante todas as etapas desse processo, a comunicação entre a bactéria e o hospedeiro é mediada por diversas biomoléculas, sendo os lipopolissacarídeos (LPS) uma delas. Os LPS, que possuem uma estrutura complexa, são encontrados exclusivamente em bactérias gram-negativas. Esses glicoconjugados são constituídos por três regiões estruturalmente distintas: o lipídeo-A, o núcleo oligossacarídico e o O-antígeno, sendo esta porção a que apresenta a maior variabilidade estrutural em sua composição e a mais importante no processo de interação com a planta. Portanto, a elucidação da estrutura do Oantígeno é fundamental para compreender melhor o processo de interação entre bactérias e plantas. O presente trabalho teve como objetivo caracterizar a estrutura fina da porção Oantígeno do LPS produzido pela estirpe SmR1 de Herbaspirillum seropedicae. Para isso, foram extraídos os LPS da estirpe bacteriana a partir da fração fenólica, indicando que se tratam de LPS do tipo semirough, estruturas intermediárias do LPS com menor grau de polimerização da porção O-antígeno. Para a elucidação da estrutura do LPS, foi realizada a análise de composição monossacarídica por GLC, que apresentou unidades de Ara, Man, Gal e Glc. Análises químicas e espectroscópicas da porção O-antígeno, isolada por meio de hidrólise branda dos LPS de H. seropedicae SmR1, mostraram que a composição monossacarídica desta molécula é formada majoritariamente por Gal, Ara, Man, Rha, contrapondo os resultados anteriormente descritos na literatura. Foram também revelados sinais na região de prótons do grupamento acetil, sugerindo a presença de grupos N-acetil, indicando a presença de GlcNAc ou GalNAc sendo este corroborados uma vez que a Gal apresentou elevada quantidade na composição monossacarídica. Também foi possível notar sinais relacionados à presença de um grupamento CH3 referente a um desoxiaçúcar – possivelmente Rha, devido a sua presença na análise de composição monossacarídica. As análises de espectrometria por MALDI-TOF da porção O-antígeno mostraram diversos picos de razão massa carga com diferenças de 306 m/z. A derivatização do O-antígeno da estirpe SmR1 de H. seropedicae, para gerar alditois acetato parcialmente metilados (PMAA), evidenciou a presença de Gal e Rha, sendo os principais derivados observados 3,4,6-Me3- Gal (37,46%), 2,3,4-Me3-Gal (31,15%), 2,3,4,6-Me4-Gal (26,04%) e 2,3-Me2-Rha (5,34%).

Abstract: Projections of population growth in the coming decades fuel a debate about the inability to meet the growing food needs. The increase in food production is often the result of the excessive use of chemical fertilizers, which can cause significant environmental damage. An alternative to chemical nitrogen fertilizers is biological nitrogen fixation. This process is essential for plant development, depending on efficient colonization by bacteria. During all stages of this process, communication between the bacterium and the host is mediated by various biomolecules, with lipopolysaccharides (LPS) being one of them. LPS, which have a complex structure, are exclusively found in Gram-negative bacteria. These glycoconjugates consist of three structurally distinct regions: lipid A, the core oligosaccharide, and the Oantigen, with the latter being the most structurally variable in its composition and the most important in the process of interaction with the plant. Therefore, elucidating the structure of the O-antigen is essential to better understand the interaction process between bacteria and plants. The present work aimed to characterize the fine structure of the O-antigen portion of the LPS produced by the SmR1 strain of Herbaspirillum seropedicae. For this purpose, the LPS were extracted from the bacterial strain using the phenolic fraction, indicating that they are semi-rough type LPS, intermediate LPS structures with a lower degree of polymerization of the O-antigen portion. To elucidate the structure of the LPS, monosaccharide composition analysis was performed by GLC, which showed the presence of Ara, Man, Gal, and Glc units. Chemical and spectroscopic analyses of the O-antigen portion, isolated by mild hydrolysis of the LPS from H. seropedicae SmR1, revealed that the monosaccharide composition of this molecule is predominantly formed by Gal, Ara, Man, and Rha, contradicting previously described literature findings. Signals in the proton region of the acetyl group were also observed, suggesting the presence of N-acetyl groups, indicating the presence of GlcNAc or GalNAc, corroborated by the high amount of Gal in the monosaccharide composition. Additionally, signals related to the presence of a CH3 group, corresponding to a deoxysugar— possibly Rha due to its presence in the monosaccharide composition analysis—were noted. MALDI-TOF spectrometry analyses of the O-antigen portion showed several mass-to-charge ratio peaks with differences of 306 m/z. Derivatization of the O-antigen of the SmR1 strain of H. seropedicae to generate partially methylated alditol acetates (PMAA) revealed the presence of Gal and Rha, with the main derivatives observed being 3,4,6-Me3-Gal (37.46%), 2,3,4-Me3-Gal (31.15%), 2,3,4,6-Me4-Gal (26.04%), and 2,3-Me2-Rha (5.34%).