Effect of the AZOBR_p60123 Plasmid Gene, Encoding the Wzt Protein, on Lipopolysaccharide Synthesis and Biofilm Formation in the Bacterium  Azospirillum baldaniorum  Sp245

L. P. Petrova; Петрова Л. П.; S. S. Evstigneeva; Евстигнеева С. С.; Y. A. Filip’echeva; Филипьечева Ю. А.; I. V. Volokhina; Волохина И. В.; G. L. Burygin; Бурыгин Г. Л.; L. Y. Matora; Матора Л. Ю.; A. V. Shelud’ko; Шелудько А. В.

doi:10.31857/S002636562260081X

Влияние гена AZOBR_p60123, кодирующего белок WZT, на синтез липополисахаридов и формирование биопленок у бактерий Azospirillum baldaniorum Sp245

Авторы: Петрова Л.П.¹, Евстигнеева С.С.¹, Филипьечева Ю.А.¹, Волохина И.В.¹, Бурыгин Г.Л.¹, Матора Л.Ю.¹, Шелудько А.В.¹
Учреждения:
1. Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов, ФИЦ “Саратовский научный центр РАН”
Выпуск: Том 92, № 3 (2023)
Страницы: 289-299
Раздел: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
URL: https://journals.rcsi.science/0026-3656/article/view/138217
DOI: https://doi.org/10.31857/S002636562260081X
EDN: https://elibrary.ru/FWBWKP
ID: 138217

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Инактивация одного из генов (CDS AZOBR_p60123) АТФ-связывающего белка Wzt ABC-транспортера у p60123::aphAI мутанта Azospirillum baldaniorum Sp245, введение в родительский или мутантный штаммы дополнительной копии этого гена оказывали влияние на гетерогенность длин цепей О‑специфических полисахаридов (ОПС) липополисахаридов (ЛПС), их иммунохимические характеристики, свойства штаммов, связанные с продукцией полисахаридов (строительство биопленок). Биопленки p60123::aphAI мутанта Sp245.4-1-1 накапливали в два раза меньше биомассы, чем Sp245. Введение pRK415-p60123 в клетки Sp245.4-1-1 или Sp245 приводило у полученных производных, соответственно, к повышению или снижению способности накапливать биомассу в биопленках, по сравнению с исходными штаммами.

Ключевые слова

Azospirillum baldaniorum, липополисахариды, ген wzt, ABC-транспортеры, биопленки

Список литературы

Евстигнеева С.С., Сигида Е.Н., Федоненко Ю.П., Коннова С.А., Игнатов В.В. Структурные особенности капсульных и О-полисахаридов бактерий Azospirillum brasilense Sp245 при изменении условий культивирования // Микробиология. 2016. Т. 85. С. 643‒651. https://doi.org/10.7868/S0026365616060094
Yevstigneyeva S.S., Sigida E.N., Fedonenko Y.P., Konnova S.A., Ignatov V.V. Structural properties of capsular and O-specific polysaccharides of Azospirillum brasilense Sp245 under varying cultivation conditions // Microbiology (Moscow). 2016. V. 85. P. 664–671. https://doi.org/10.1134/S0026261716060096
Матора Л.Ю., Шварцбурд Б.И., Щеголев С.Ю. Иммунохимический анализ О-специфических полисахаридов почвенных азотфиксирующих бактерий Azospirillum brasilense // Микробиология. 1998. Т. 67. С. 815–820.
Matora L.Yu., Shvartsburd B.I., Shchegolev S.Yu. Immunochemical analysis of O-specific polysaccharides from the soil nitrogen-fixing bacteria Azospirillum brasilense // Microbiology (Moscow). 1998. V. 67. P. 677–681.
Матора Л.Ю., Щеголев С.Ю. Антигенная идентичность липополисахаридов, капсулы и экзополисахаридов Azospirillum brasilense // Микробиология. 2002. Т. 71. С. 211–214.
Matora L.Y., Shchegolev S.Y. Antigenic identity of the capsule lipopolysaccharides, exopolysaccharides, and O-specific polysaccharides in Azospirillum brasilense // Microbiology (Moscow). 2002. V. 71. P. 178–181. https://doi.org/10.1023/A:1015146104397
Петрова Л.П., Прилипов А.Г., Кацы Е.И. Выявление предполагаемых генов биосинтеза полисахаридов у штаммов Azospirillum brasilense из серогрупп I и II // Генетика. 2017. Т. 53. С. 31–42. https://doi.org/10.7868/S0016675816110102
Petrova L.P., Prilipov A.G., Katsy E.I. Detection of putative polysaccharide biosynthesis genes in Azospirillum brasilense strains from serogroups I and II // Russ. J. Genet. 2017. V. 53. P. 39–48. https://doi.org/10.1134/S1022795416110107
Шелудько А.В., Кулибякина О.В., Широков А.А., Петрова Л.П., Матора Л.Ю., Кацы Е.И. Влияние мутаций в синтезе липополисахаридов и полисахаридов, связывающих калькофлуор, на формирование биопленок Azospirillum brasilense // Микробиология. 2008. Т. 77. С. 358–363.
Sheludko A.V., Kulibyakina O.V., Shirokov A.A., Petrova L.P., Matora L.Yu., Katsy E.I. The effect of mutations affecting synthesis of lipopolysaccharides and calcofluor-binding polysaccharides on biofilm formation by Azospirillum brasilense // Microbiology (Moscow). 2008. V. 77. P. 313–317. https://doi.org/10.1134/S0026261708030107
Шелудько А.В., Филипьечева Ю.А., Телешева Е.М. Буров А.М., Евстигнеева С.С., Бурыгин Г.Л., Петрова Л.П. Характеристика углеводсодержащих компонентов биопленок Azospirillum brasilense Sp245 // Микробиология. 2018. Т. 87. С. 483–494. https://doi.org/10.1134/S0026365618050166
Shelud’ko A.V., Filip’echeva Y.A., Telesheva E.M., Burov A.M., Evstigneeva S.S., Burygin G.L., Petrova L.P. Characterization of carbohydrate-containing components of Azospirillum brasilense Sp245 biofilms // Microbiology (Moscow). 2018. V. 87. P. 610–620. https://doi.org/10.1134/S0026261718050156
Шелудько А.В., Филипьечева Ю.А., Шумилова Е.М., Хлебцов Б.Н., Буров А.М., Петрова Л.П., Кацы Е.И. Изменения в формировании биопленок у flhB1 мутанта бактерии Azospirillum brasilense Sp245, лишенного жгутиков // Микробиология. 2015. Т. 84. С. 175–183. https://doi.org/10.7868/s0026365615010127
Shelud’ko A.V., Filip’echeva Y.A., Shumilova E.M., Khlebtsov B.N., Burov A.M., Petrova L.P., Katsy E.I. Changes in biofilm formation in the nonflagellated flhB1 mutant of Azospirillum brasilense Sp245 // Microbiology (Moscow). 2015. V. 84. P. 144–151. https://doi.org/10.1134/S0026261715010129
Федоненко Ю.П., Здоровенко Э.Л., Коннова С.А. Игнатов В.В., Шляхтин Г.В. Сравнительная характеристика липополисахаридов и О-специфических полисахаридов Azospirillum brasilense Sp245 и его омегон-Km мутантов KM018 и KM252 // Микробиология. 2004. Т. 73. С. 180–187.
Fedonenko Yu.P., Zdorovenko E.L., Konnova S.A., Ignatov V.V., Shlyakhtin G.V. A comparison of the lipopolysaccharides and O-specific polysaccharides of Azospirillum brasilense Sp245 and its Omegon-Km mutants KM018 and KM252 // Microbiology (Moscow). 2004. V. 73. P. 143–149.
Atabek A., Camesano T.A. Atomic force microscopy study of the effect of lipopolysaccharides and extracellular polymers on adhesion of Pseudomonas aeruginosa // J. Bacteriol. 2007. V. 18 . P. 8503‒8509. https://doi.org/10.1128/JB.00769-07
Camesano T.A., Abu-Lail N.I. Heterogeneity in bacterial surface polysaccharides, probed on a single-molecule basis // Biomacromolecules. 2002. V. 3. P. 661–667. https://doi.org/10.1021/bm015648y
Döbereiner J., Day J.M. Associative symbiosis in tropical grass: characterization of microorganisms and dinitrogen fixing sites // Symposium on Nitrogen Fixation / Ed. Newton W.E., Nijmans C.J. Pullman: Washington State University Press, 1976. P. 518–538. https://doi.org/10.12691/aees-4-4-1
Dos Santos Ferreira N., Sant’Anna F.H., Reis V.M., et al. Genome-based reclassification of Azospirillum brasilense Sp245 as the type strain of Azospirillum baldaniorum sp. nov. // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2020. V. 70. https://doi.org/10.1099/ijsem.0.004517
Fedonenko Y.P., Zatonsky G.V., Konnova S.A. Zdorovenko E.L., Ignatov V.V. Structure of the O-specific polysaccharide of the lipopolysaccharide of Azospirillum brasilense Sp245 // Carbohydr. Res. 2002. V. 337. P. 869–872. https://doi.org/10.1016/s0008-6215(02)00061-7
Figurski D.H., Helinski D.R. Replication of an origin-containing derivative of plasmid RK2 dependent on a plasmid function provided in trans // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1979 V. 76. P. 1648–1652. https://doi.org/10.1073/pnas.76.4.1648
Hendriksen N.B. Microbial biostimulants – the need for clarification in EU regulation // Trends Microbiol. 2022. V. 30. P. 311‒313. https://doi.org/10.1016/j.tim.2022.01.008
Hitchcock P.J., Brown T.M. Morphological heterogeneity among Salmonella lipopolysaccharide chemotypes in silver-stained polyacrylamide gels // J. Bacteriol. 1983. V. 154. P. 269‒277. https://doi.org/10.1128/jb.154.1.269-277.1983
Hoang T.T., Karkhoff-Schweizer R.R., Kutchma A.J., Sc-hweizer H.P. A broad-host-range Flp-FRT recombination system for site-specific excision of chromosomally-located DNA sequences: application for isolation of unmarked Pseudomonas aeruginosa mutants // Gene. 1998. V. 212. P. 77–86. https://doi.org/10.1016/s0378-1119(98)00130-9
Holguin G., Glick B.R. Expression of the ACC deaminase gene from Enterobacter cloacae UW4 in Azospirillum brasilense // Microb. Ecol. 2001. V. 41. P. 281–288. https://doi.org/10.1007/s002480000040
Jucker B.A., Harms H., Hug S.J., Zehnder A.J.B. Adsorption of bacterial surface polysaccharides on mineral oxides is mediated by hydrogen bonds // Colloids Surf. B Biointerfaces. 1997. V. 9. P. 331–343. https://doi.org/10.1016/S0927-7765(97)00038-6
Katzy E.I., Matora L.Y., Serebrennikova O.B., Scheludko A.V. Involvement of a 120-MDa plasmid of Azospirillum brasilense Sp245 in production of lipopolysaccharides // Plasmid. 1998. V. 40. P. 73–83. https://doi.org/10.1006/plas.1998.1353
Keen N.T., Tamaki S., Kobayashi D., Trollinger D. Improved broad-host-range plasmids for DNA cloning in Gram-negative bacteria // Gene. 1980. V. 70. P. 191–197. https://doi.org/10.1016/0378-1119(88)90117-5
Kumar S., Rai A.K., Mishra M.N., Shukla M., Singh P.K., Tripathi A.K. RpoH2 sigma factor controls the photooxidative stress response in a nonphotosynthetic rhizobacterium, Azospirillum brasilense Sp7 // Microbiology (SGM). 2012. V. 158. P. 2891–2902. https://doi.org/10.1099/mic.0.062380-0
Lerner A., Okon Y., Burdman S. The wzm gene located on the pRhico plasmid of Azospirillum brasilense Sp7 is involved in lipopolysaccharide synthesis // Microbiology (SGM). 2009. V. 155. P. 791–804. https://doi.org/10.1099/mic.0.021824-0
Liston S.D., Mann E., Whitfield C. Glycolipid substrates for ABC transporters required for the assembly of bacterial cell-envelope and cell-surface glycoconjugates // Biochim. Biophys. Acta. 2017. V. 1862. P. 1394–1403. https://doi.org/10.1016/j.bbalip.2016.10.008
Livak K.J., Schmittgen T.D. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2–ΔΔCT Method // Methods. 2001. V. 25. P. 402–408. https://doi.org/10.1006/meth.2001.1262
Nakao R., Senpuku H., Watanabe H. Porphyromonas gingivalis galE is involved in lipopolysaccharide O-antigen synthesis and biofilm formation // Infect. Immun. 2006. V. 74. P. 6145–6153. https://doi.org/10.1128/IAI.00261-06
Ouchterlony O., Nilsson L.A. Immunodiffusion and immunoelectrophoresis // Handbook of Experimental Immunology / Ed. Weiz D.M. Oxford: Alden Press, 1979. V. 1. P. 19–33.
Petrova L.P., Yevstigneeva S.S., Borisov I.V., Shelud’ko A.V., Burygin G.L, Katsy E.I. Plasmid gene AZOBR_p60126 impacts biosynthesis of lipopolysaccharide II and swarming motility in Azospirillum brasilense Sp245 // J. Basic Microbiol. 2020 V. 60. P. 613–623. https://doi.org/10.1002/jobm.201900635
Sambrook J., Fritsch E.F., Maniatis T. Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd edn. N.Y.: Cold Spring Harbor Laboratory, 1989.
Valvano M.A., Furlong S.E., Patel K.B. Genetics, biosynthesis and assembly of O-antigen // Bacterial Lipopolysaccharides: Structure, Chemical Synthesis, Biogenesis and Interaction with Host Cells / Eds. Knirel Y.A., Valvano M.A. Wien: Springer, 2011. P. 275–310. https://doi.org/10.1016/j.carres.2003.07.009
Vieira J., Messing J. The pUC plasmids, an M13mp7-derived system for insertion mutagenesis and sequencing with synthetic universal primers // Gene. 1982. V. 19. P. 259–268. https://doi.org/10.1016/0378-1119(82)90015-4
Wisniewski-Dyé F., Borziak K., Khalsa-Moyers G., et al. Azospirillum genomes reveal transition of bacteria from aquatic to terrestrial environments // PLoS Genet. 2011. V. 7. P. e1002430. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1002430
Zdorovenko E.L., Shashkov A.S., Zhurina M.V., Plakunov V.K., Knirel Y.A. Structure of the O-specific polysaccharides from planktonic and biofilm cultures of Pseudomonas chlororaphis 449 // Carbohydr. Res. 2015. V. 404. P. 93‒97. https://doi.org/10.1016/j.carres.2014.10.020