Galactofuranans and Galactomannan of Cell Walls as Chemotaxonomic Characteristics of the Genus and Species of Clavibacter

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Two types of glycopolymers of different structures were found in the cell walls of type strains of two species of phytopathogenic bacteria, Clavibacter insidiosus VKM Ac-1402T and Clavibacter nebraskensis VKM Ac-1404T (family Microbacteriaceae, class Actinomycetes). The first type is represented by new, previously undescribed (1→6)-linked β-D-galactofuranans, which differ in the studied strains of the two species by the structure of side oligosaccharide chains (the structures are given in the text). The structure of the second glycopolymer, pyruvate-containing galactomannan, was identical in both strains. The results obtained in this work, together with those previously obtained, indicate that the presence of pyruvate-containing galactomannan and galactofuranans with an identical core structure and different oligosaccharide side substituents can be considered as a chemotaxonomic trait of the genus Clavibacter, and galactofuranans with di-, tri-, or tetrasaccharide substituents of different composition and structures can serve as chemotaxonomic markers of species. The data obtained expand our understanding of the structural diversity of natural glycopolymers and structural features of the bacteria cell walls of various taxa and may be of interest for taxonomic studies and studies aimed at elucidating the molecular mechanisms of interaction between bacteria and plant cells.

Full Text

Принятые сокращения: HSQC — протон-детектированная гетероядерная одноквантовая корреляция; ROESY — двумерная спектроскопия ядерного эффекта Оверхаузера во вращающейся системе координат; TOCSY — тотальная корреляционная спектроскопия; HMBC — гетероядерная корреляция через несколько связей; δС, δН — значения химических сдвигов атомов 13C и 1H, соответственно.

Представители рода Clavibacter (семейство Microbacteriaceae, класс Actinomycetes) — аэробные коринеформные бактерии, характеризующиеся пептидогликаном В2g-типа на основе 2,4-диаминомасляной кислоты и преобладающим менахиноном МК-9 в составе дыхательной цепи (Saddler, Kerr, 2012). В настоящее время род включает восемь валидно описанных видов: C. michiganensis, C. capsici, C. californiensis, C. insidiosus, C. nebraskensis, C. sepedonicus, C. tessellarius, C. zhangzhiyongii (https://lpsn.dsmz.de/genus/clavibacter, 2023). Все виды, за исключением C. capsici и C. сaliforniensis, являются патогенами сельскохозяйственных культур, из них три вида (C. michiganensis, C. insidiosus и C. sepedonicus) — карантинные (Eichenlaub, Gartemann, 2011; Saddler, Kerr, 2012; https://www.eppo.int/ACTIVITIES/plant_quarantine/A2_list, 2022).

Гликополимеры клеточных стенок, ковалентно связанные с пептидогликаном и расположенные на поверхности клетки, играют важную роль в различных жизненных процессах микробной клетки (Brown et al., 2013; Guérin et al., 2022). Гликополимеры бактерий, ассоциированных с высшими организмами, привлекают внимание исследователей в связи с их участием в процессах колонизации и инфицировании организма-хозяина (Schade, Weidenmaier, 2016). Изучение особенностей строения и компонентного состава гликополимеров важны для понимания их физиологических функций и биологических свойств, выяснения молекулярных механизмов взаимодействия бактерий с клетками макроорганизма, разработки методов борьбы с патогенами (Schade, Weidenmaier, 2016; Guérin et al., 2022). Изучение состава и структур гликополимеров микробного происхождения представляет также интерес для ряда областей фундаментальной науки, в частности, органической химии, микробиологии, эволюции и систематики микроорганизмов.

В настоящее время в основе системы классификации прокариот лежат данные сравнительного анализа геномов, однако информация о фенотипических характеристиках, в том числе хемотаксономических, по-прежнему актуальна (Chun et al., 2018; Nouioui et al., 2018). Хемотаксономические признаки, такие как “дифференцирующие сахара целых клеток” и “состав сахаров клеточной стенки”, отражающие, в том числе состав структурных компонентов гликополимеров клеточной стенки, используются в систематике различных групп актиномицетов с 60-х годов прошлого столетия (Cummins, 1962; Lechevalier, Lechevalier, 1970; Goodfellow, Jones, 2012). Для видов рода Clavibacter в качестве диагностических сахаров клеточных стенок указывались, в частности, галактоза, манноза, рамноза и фукоза (Davis et al., 1984). Было также показано, что типы гликополимеров клеточных стенок актиномицетов (тейхоевые, тейхуроновые и тейхулозоновые кислоты, арабиногалактаны и другие кислые или нейтральные полисахариды), их комбинации и структуры могут быть специфичными для таксонов разного ранга (Takeuchi et al., 1990; Potekhina et al., 2011; Тульская и соавт., 2011; Evtushenko, Ariskina, 2012; Goodfellow, Jones, 2012; Nouioui et al., 2018; Шашков и соавт., 2020).

Наши предыдущие исследования клеточных стенок бактерий рода Clavibacter (C. michiganensis, C. tessellarius, C. phaseoli) и представителей потенциально новых видов этого рода показали, что все они содержали по два бесфосфатных гликополимера (галактоманнан и галактофуранан), при этом структуры галактофурананов были уникальны и различались у представителей разных видов (Kim et al., 2021, Shashkov et al., 2021; Perepelov et al., 2023a, 2023b).

Целью настоящей работы было установление состава и структур гликополимеров клеточных стенок типовых штаммов двух ранее не исследованных видов рода ClavibacterС. insidiosus и C. nebraskensis и оценка таксономической значимости признака “состав и структура гликополимеров клеточных стенок” для бактерий этого рода.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Использованные в работе типовые штаммы C. insidiosus ВКМ Ас-1402Т и C. nebraskensis ВКМ Ас-1404Т получены из Всероссийской коллекции микроорганизмов (ВКМ) (www.vkm.ru). Культуры выращивали аэробно при перемешивании в течение суток (до середины логарифмической фазы роста) при 28 на пептонно-дрожжевой среде (ПДС) (г/л): пептон — 5; дрожжевой экстракт — 3; глюкоза — 5, KH2PO4 — 0.2; рН 7.2). Клеточные стенки получали методом дифференциального центрифугирования. После разрушения на ультразвуковом дезинтеграторе клетки обрабатывали 2% раствором додецилсульфата натрия — SDS (при 100, 10 мин), многократно отмывали дистиллированной водой и лиофилизировали. Выделение гликополимеров из клеточных стенок осуществляли методами экстракции 10%-ной трихлоруксусной кислотой (ТХУ) при 2‒4 (“холодная экстракция”) и экстракции 5% ТХУ при 90 (“горячая экстракция”) (Kim et al., 2021).

Очистку и изучение полимеров химическими и ЯМР-спектроскопическими методами проводили, как описано ранее (Kim et al., 2021). Продукты кислотного гидролиза (2 М HCl, 100, 3 ч) клеточных стенок и гликополимеров, а также абсолютную конфигурацию моносахаридов определяли методами хроматографии и электрофореза на бумаге и методами ГЖХ (Kim et al., 2021).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В гидролизатах клеточных стенок обоих штаммов был выявлен одинаковый состав моносахаридов: галактоза (Gal), манноза (Man), фукоза (Fuc), рамноза (Rha), глюкозамин (GlcN) и следовые количества глюкозы (Glс). У штамма C. insidiosus ВКМ Ac-1402Tобнаружены дополнительно следы рибозы (Rib). Клеточные стенки всех штаммов также содержали пировиноградную кислоту. Фосфатсодержащие соединения не были обнаружены (метод электрофореза) ни в продуктах кислотного гидролиза клеточных стенок штаммов, ни в выделенных из них препаратах гликополимеров.

Методами ГЖХ в кислотных гидролизатах препаратов гликополимеров обоих организмов, полученных методом “холодной экстракции”, выявлен одинаковый состав моносахаридов: Gal, Fuc, Rha и GlcN. Моносахаридный состав препаратов, полученных методом “горячей экстракции”, включал дополнительно Man.

Установлено, что Rha имела L-конфигурацию, а остальные моносахаридные компоненты полимеров (Gal, Man, Fuc и GlcN) были в D-конфигурации.

Полученные данные указывали на присутствие в клеточной стенке каждого из исследованных организмов, по крайней мере, двух бесфосфатных гликополимеров, различных по составу.

Дальнейшее изучение структур гликополимеров клеточных стенок изучаемых актинобактерий осуществляли химическими и ЯМР-спектроскопическими методами, как описано ранее (Kim et al., 2021).

Спектр 13C ЯМР (рисунок, табл. 1) препарата “холодной экстракции” из штамма ВКМ Ас-1402Т был типичным для полисахарида с регулярно повторяющимся звеном. Этот спектр содержал пять сигналов примерно одинаковой интегральной интенсивности в аномерной области атомов углерода δС 100–110 м. д., два сигнала от 6-дезоксисахаров (16.5 и 17. 9 м. д.) и сигнал от CH3-группы N-ацетила при 23.5 м. д. Остальные сигналы были расположены в области δС 57–86 м. д.

 

Рисунок. Спектр 13С ЯМР препарата “холодной экстракции” из клеточной стенки C. insidiosus ВКМ Ас-1402T. Арабские цифры в номерах относятся к атомам углерода в остатках, обозначенных заглавными буквами в табл. 1

 

Таблица 1. Химические сдвиги 13С и 1H ЯМР (δC TSPа–1.6 м. д. и 1H δH TSP 0.0 м. д.) галактофурананов из клеточных стенок C. insidiosus ВКМ Ас-1402T и C. nebraskensis ВКМ Ac-1404T

Остатки

C-1

H-1

C-2

H-2

C-3

H-3

C-4

H-4

C-5

H-5

C-6

H-6 (H-6,6′)

 

→6)-β-Galf-(1→

109.1

5.07

80.6

4. 24

78.1

4.06

83.4 4.18

70.7

3.99

70.5

3.86, 3.64

 

→6)-β-Galf-(1→

3)

109.6

5.04

82.4

4.10

85.4

4.05

84.5

3.98

71.0

3.95

70.5

3.86, 3.64

 

α-Fucp-(1

3)

100.8

4.99

68.5

3.89

78.9

3.89

73.1

3.87

68.4

4.17

16.5

1.21

 

α-Rhap-(1

3)

103.5

5.00

71.1

4.26

81.3

3.91

72.3

3.52

70.5

3.81

17.9

1.27

β-GlcpNAc-(1

103.8

4.72

57.1**

3.73

75.0

3.57

71.3

3.47

77.1

3.45

62.1

3.90, 3.75

***α-L-Rhap-(1→(3С)

103.5

5.00

71.1

4.06

72.2

3.85

73.3

3.43

70.1

3.82

17.9

1.27

* TSP — натриевая соль 3-(триметилсилил)-2,2,3,3-тетрадейтеропропионовой кислоты.

** CH3CON при δC 23.5 м.д. (CH3) и 176.2 м. д.; (CO) и δH 2.03 м. д.

*** Для C. nebraskensis ВКМ Ac-1404T (терминальный остаток дисахарида: α-L-Rhap-(1→3)-α-D-Fucp-(1→).

 

1H ЯМР-спектр этого препарата также содержал пять сигналов в аномерной области δН 4.7–5.1 м. д., два дублета от 6-дезоксисахаров (δН 1.24 и 1.28 м. д., J5,6 6 Гц) и сигналы от N-ацетильной группы при 2.05 м. д.

Анализ 1H,1H COSY, TOCSY и ROESY спектров (не приведены) выявил присутствие двух остатков β-галактофуранозы (β-Galf, остатки A и B), α-фукопиранозы (α-Fucp, остаток C), α-рамнопиранозы (α-Rhap, остаток D) и N-ацетилглюкозамин (β-GlcpNAc, остаток E).

Заключение о составе моносахаридов, их пиранозной или фуранозой конфигурации, а также аномерной конфигурации гликозидного центра были сделаны на основании сравнения видимых констант спин-спинового взаимодействия и химических сдвигов остатков сахаров и соответствующих пираноз (Altona, Haasnoot, 1980; Janson et al., 1989) и фураноз (Angyal, 1979; Syr, Perlin, 1979; Bock, Pedersen, 1983).

При сравнении 13С ЯМР и 1H ЯМР спектров препарата штамма ВКМ Ас-1402Т с соответствующими спектрами штамма ВКМ Ас-1403Т, изученного ранее (Kim et al., 2021), было выявлено их полное соответствие (химические сдвиги атомов 13С и 1Н для штамма ВКМ Ас-1402Т приведены в табл. 1 и на рисунке). Полученные данные свидетельствовали о сходстве структур полисахарида штамма ВКМ Ас-1402Т с изученным ранее галактофурананом C. michiganensis ВКМ Ас-1403Т (Kim et al., 2021).

Спектры 13C ЯМР (табл. 1, рисунок) были расшифрованы с использованием двумерного спектра 1H,13C HSQC. Анализ спектра 1H,13C HSQC выявил положение замещения в остатках сахаров на основании их 13C химических сдвигов по сравнению с таковыми для исходных пираноз и фураноз (Bock, Pedersen, 1983). Остатки β-Galf были замещены по положению 6 (А, δC-6 70.5) и 3,6 (B, δC-3 85.4 и δC-6 70.5, соответственно), остатки α-Fucp по положению 3 (C, δC-3 78.9), остатки α-Rhap по положению 3 (D, δC-3 81.3) и остатки β-GlcpNAc (E) являлись терминальными для галактофуранана из штамма ВКМ Ас-1402Т. Последовательность остатков в полимерной цепи была доказана при анализе спектра 1H,1H ROESY (табл. 1), где наблюдались корреляционные пики δHH между остатками: Н-1(A)/Н-6′(B) (5.07/3.64), Н-1(B)/ Н-6′(A) (5.04/3.64), Н-1(C)/Н-3(B) (4.99/4.05), Н-1(D)/Н-3(C) (5.00/3.89), и Н-1(E)/Н-3(D) (4.72/3.91). Эта последовательность была подтверждена при анализе спектра 1H,13C HMBC (табл. 1), где выявлены следующие корреляционные пики δHС между остатками H-1(A)/C-6(B) (5.07/70.5), H-1(B)/C-6(A) (5.04/70.5), H-1(C)/C-3(B) (4.99/85.4), H-1(D)/C-3(C) (5.00/78.9) и H1(E)/C-3(D) (4.72/81.3).

Приведенные данные свидетельствуют о том, что галактофуранан из клеточной стенки ВКМ Ас-1402Т имел структуру, близкую к описанной ранее у C. michiganensis ВКМ Ас-1403Т (Kim et al., 2021). Однако эти два полимера различаются положением гликозидной связи между остатками рамнозы (D) и фукозы (С) в трисахаридном заместителе: у штамма ВКМ Ас-1402Т связь 1→3, а у штамма C. michiganensis ВКМ Ас-1403Т связь 1→2.

Таким образом, повторяющееся звено галактофуранана из штамма ВКМ Ас-1402Т можно представить следующим образом:

A B

→6)-β-D-Galf-(1→6)-β-D-Galf-(1→

E D C

β-D-GlcpNAc-(1→3)-α-L-Rhap-(1→3)-α-D-Fucp-(1

3)

Сравнение 13С ЯМР и 1H ЯМР спектров препаратов “холодной экстракции” из штамма ВКМ Ас-1404Т (второго исследованного штамма) с соответствующими спектрами штамма ВКМ Ас-1402Т показало их сходство. Однако на двумерных спектрах 1H,13C HSQC, 1H,1H ROESY и 1H,13C HMBC препарата штамма ВКМ Ac-1404T были обнаружены дополнительные сигналы, которые расшифрованы как принадлежащие терминальным остаткам рамнопиранозы Dt (табл. 1) в боковом дисахариде α-L-Rhap-(1→3)-α-D-Fucp-(1→. Дисахарид замещает каждый второй остаток галактофуранозы в интегральной цепи, чередуясь с вышеописанным (для галактофуранана штамма ВКМ Ас-1402Т) трисахаридом.

Таким образом, повторяющееся звено галактофуранана из штамма ВКМ Ac-1404T можно представить следующим образом:

A B A B

→6)-β-D-Galf-(1→6)-β-D-Galf-(1→6)-β-D-Galf-(1→6)-β-D-Galf-(1→

3) 3)

E D C Dt C

β-D-GlcpNAc-(1→3)-α-L-Rhap-(1→3)-α-D-Fucp-(1 α-L-Rhap-(1→3)-α-D-Fucp-(1

Результаты исследований препаратов “горячей экстракции” из клеточных стенок штаммов ВКМ Ас-1402Т и ВКМ Ac-1404T с использованием ранее описанных методов и подходов (Kim et al., 2021) показали присутствие, помимо галактофурананов, описанных выше, пируватсодержащего галактоманнана. Структура галактоманнана обоих штаммов была полностью идентична галактоманнану из клеточной стенки C. michiganensis ВКМ Ас-1403Т (Kim et al., 2021):

F G H

→3)-α-D-Galp-(1→3)-α-D-Manp-(1→3)-α-D-Manp-(1→

4) 6)

\ /

S-Pyr

В результате проведенного исследования установлены структуры гликополимеров клеточных стенок типовых штаммов видов рода ClavibacterC. insidiosus и C. nebraskensis. Оба штамма содержали по два гликополимера нейтральной и кислой природы.

Первый, нейтральный полимер C. insidiosus ВКМ Ас-1402Т, представляет собой (1→6)-связанный β-D-галактофуранан, каждый второй остаток которого несет боковой трисахарид, β-D-GlcpNAc-(1→3)-α-L-Rhap-(1→3)-α-D-Fucp-(1→. Этот полимер отличается от галактофуранана C. michiganensis ВКМ Ac-1403T, структура которого опубликована ранее (Kim et al., 2021), (1→3)-локализацией гликозидной связи между остатками рамнозы и фукозы в боковом трисахаридном заместителе. Нейтральный гликополимер C. nebraskensis ВКМ Ас-1404Тимеет структуру кора и боковой трисахарид, идентичные таковым у C. insidiosus ВКМ Ас-1402Т, но отличается присутствием дополнительного дисахаридного заместителя α-L-Rhap-(1→3)-α-D- -Fucp-(1→, который чередуется с трисахаридом.

Положение (1→3)-гликозидной связи между остатками рамнозы и фукозы в боковом остатке трисахарида, а также наличие боковых дисахаридных заместителей на основной цепи галактофуранана указывает на новые детали структуры, не описанные ранее для Clavibacter и других грамположительных бактерий (http://csdb.glycoscience.ru/, 2022).

Второй гликополимер клеточных стенок исследованных штаммов –пируватсодержащий галактоманнан с повторяющимся звеном →3)-α-D-Galp-(1→3)-α--D-[4,6-S-Pyr]-Manp-(1→3)-α-D-Manp-(1→. Полимер с такой структурой был впервые идентифицирован у C. michiganensis ВКМ Ac-1403T(Kim et al., 2021) и к настоящему времени описан только у представителей рода Clavibacter (http://csdb.glycoscience.ru/, 2022). Хотя методами ЯМР-спектроскопии не удалось определить присутствие пируватсодержащего галактоманнана у C. phaseoli ВКМ Ас-2641Т(вероятно, из-за его незначительного количества) (Perepelov et al., 2023б), химическими методами был обнаружен его компонент (пировиноградная кислота) в составе препарата “горячей экстракции”, полученного из клеточных стенок штамма при повторных выращиваниях (Тульская Е. М., неопубликованные данные).

Сравнительный анализ гликополимеров, идентифицированных в настоящей работе и ранее у представителей разных видов Clavibacter (табл. 2), показал, что (1→6)-связанные β-D-галактофурананы (с одинаковой структурой кора и различными боковыми олигосахаридными заместителями), а также пируватсодержащий галактоманнан (несущий в ряде случаев О-ацетильные группы), присутствуют в составе клеточных стенок организмов всех 7 изученных видов Clavibacter. Помимо типовых штаммов признанных видов, в это число входят штаммы ВКМ Ас-1371 и ВКМ Ас-1372 — представители двух пока не описанных новых видов (Starodumova et al., 2018).

 

Таблица 2. Гликополимеры клеточных стенок некоторых штаммов рода Clavibacter

Штаммы ВКМ

Гликополимеры

ГФ 1

ГФ 2

ГФ 3

ГФ 4

ГФ 5

ГФ 6

ГМ

C. insidiosus Ac-1402T

      

C. michiganensis Ac-1403T

 

     

C. nebraskensis Ac-1404T

  

    

C. tesselarius Ac-1406T

   

  

 O-Ac

C. phaseoli Ac-2641T

    

 

*

Clavibacter sp. Ac-1371

     

 

Clavibacter sp. Ac-1372

     

 O-Ac

Примечание. (♦) — ГФ, галактофуранан, () — ГМ, галактоманнан.

ГМ: →3)-α-D-Galp-(1→3)-α-D-[4,6-S-Pyr]-Manp-(1→3)-α-D-Manp-(1→ (Kim et al., 2021);

ГФ 1: →6)-β-D-Galf-(1→6)-β-D-[β-D-GlcpNAc-(1→3)-α-L-Rhap-(1→3)-α-D-Fucp-(1→3)]-Galf-(1→ (настоящая работа);

ГФ 2: →6)-β-D-Galf-(1→6)-β-D-[β-D-GlcpNAc-(1→3)-α-L-Rhap-(1→2)-α-D-Fucp-(1→3)]-Galf-(1→ (Kim et al., 2021);

ГФ 3: →6)-β-D-Galf-(1→6)-β-D-[β-D-GlcpNAc-(1→3)-α-L-Rhap-(1→3)-α-D-Fucp-(1→3)]-Galf-(1→6)-β-D-Galf-(1→6)-β-D-[α-L-Rhap-(1→3)-α-D-Fucp-(1→3)]-Galf-(1→ (настоящая работа);

ГФ 4: →6)-β-D-Galf-(1→6)-β-D-{α-L-Rhap-(1→3)-α-D-Galp-(1→2)-α-D-[α-L-Rhap-(1→3)]- Fucp-(1→2)}-Galf-(1→ (Perepelov et al., 2023a);

ГФ 5: →6)-β-D-Galf-(1→6)-β-D-{α-D-Manp-(1→2)-α-D-[α-D-Manp-(1→3)]-Ribf-(1→2)}-Galf-(1→ (Perepelov et al., 2023б);

ГФ 6: →6)-β-D-Galf-(1→6)-β-D-[α-D-Manp-(1→2)-α-D-Ribf-(1→2)]-Galf-(1→ (Shashkov et al., 2021).

* Наличие пируватсодержащего галактоманнана в минорных количествах предполагается на основании обнаружения его компонента (пировиноградной кислоты) химическими методами.

 

Полученные в настоящей работе результаты согласуются с ранее высказанным предположением о том, что пируватсодержащий галактоманнан и галактофурананы с олигосахаридными боковыми заместителями специфичны для представителей рода Clavibacter. С другой стороны, структуры галактофурананов с ди-, три- или тетрасахаридными заместителями различного состава и структуры могут служить диагностическими признаками видов.

Клеточные стенки всех исследованных в этой работе и ранее штаммов содержали галактозу, маннозу, глюкозу (следовые количества); у некоторых штаммов дополнительно обнаружены фукоза, рамноза, глюкозамин и рибоза. Наши результаты для C. michiganensis, C. insidiosus, C. nebraskensis и C. tesselarius в целом совпадают с данными, приведенными для этих видов в работе Davis et al. (1984). Однако у отдельных штаммов нами были дополнительно выявлены глюкозамин и рибоза (табл. 3).

 

Таблица 3. Сахара клеточных стенок изученных штаммов рода Clavibacter

Сахара в гидролизатах клеточной стенки*

Штаммы

Gal

Man

Fuc

Rib

Rha

GlcN

Ссылка

C. insidiosus ВКМ Ac-1402T

+

+

+

(+)

+

+

Н.р.

C. nebraskensis ВКМ Ac-1404T

+

+

+

+

+

Н.р.

C. michiganensis ВКМ Ac-1403T

+

+

+

+

+

Kim et al., 2021

C. tesselarius ВКМ Ac-1406T

+

+

+

+

Perepelov et al., 2023а

C. phaseoli ВКМ Ac-2641T

+

+

+

Perepelov et al., 2023b

Clavibacter sp. ВКМ Ac-1371

+

+

+

Shashkov et al., 2021

Clavibacter sp. ВКМ Ac-1372

+

+

+

Shashkov et al., 2021

Примечание. “+” — присутствует; “–” — отсутствует; (+) — следовые количества; н. р. — настоящая работа.

* У всех штаммов обнаруживается также глюкоза в следовых количествах.

 

Таким образом, в результате проведенных исследований получены новые данные о химическом составе клеточных стенок типовых штаммов видов C. insidiosus и C. nebraskensis. Сравнительный анализ гликополимеров клеточных стенок всех изученных к настоящему времени представителей Clavibacter показал, что состав и структуры гликополимеров и их структурные компоненты (определяемые в кислотных гидролизатах клеточных стенок) специфичны для рода и видов Clavibacter и могут служить их хемотаксономическими маркерами. Полученные данные могут быть востребованы в таксономических исследованиях и работах по выяснению молекулярных механизмов взаимодействия бактерий с клетками растений. Изучение галактофурананов как небелковых адгезинов, а также путей их биосинтеза, может представлять интерес для разработки средств борьбы с фитопатогенами рода Clavibacter.

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (Cоглашение № 075–15–2021–1051) и в рамках темы научного проекта государственного задания МГУ № 121032300094–7.

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

Настоящая статья не содержит результатов исследований с использованием животных в качестве объектов.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

×

About the authors

E. M. Tulskaya

Moscow State University

Email: em_tulskaya@mail.ru
Russian Federation, Moscow

D. Kim

Moscow State University

Email: em_tulskaya@mail.ru
Russian Federation, Moscow

N. V. Potekhina

Moscow State University

Email: em_tulskaya@mail.ru
Russian Federation, Moscow

A. S. Shashkov

Zelinsky Institute of Organic Chemistry, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: em_tulskaya@mail.ru
Russian Federation, Moscow

S. N. Senchenkova

Zelinsky Institute of Organic Chemistry, Russian Academy of Sciences

Email: em_tulskaya@mail.ru
Russian Federation, Moscow

L. V. Dorofeeva

All-Russian Collection of Microorganisms (VKM), Skryabin Institute of Biochemistry and Physiology of Microorganisms, Pushchino Scientific Center for Biological Research, Russian Academy of Sciences

Email: em_tulskaya@mail.ru
Russian Federation, Pushchino

L. I. Evtushenko

3All-Russian Collection of Microorganisms (VKM), Skryabin Institute of Biochemistry and Physiology of Microorganisms, Pushchino Scientific Center for Biological Research, Russian Academy of Sciences

Email: em_tulskaya@mail.ru
Russian Federation, Pushchino

References

  1. Тульская Е. М., Шашков А. С., Стрешинская Г. М., Сенченкова С. Н., Потехина Н. В., Козлова Ю. И., Евтушенко Л. И. Тейхуроновые и тейхулозоновые кислоты актиномицетов // Биохимия. 2011. Т. 76. С. 904–913. Tul’skaya E. M., Shashkov A. S., Streshinskayа G. M., Senchenkova S. N., Potekhina N. V., Kozlova Yu.I., Evtushenko L. I. Teichuronic and teichulosonic acids of actinomycetes // Biochemistry (Moscow). 2011. V. 76. P. 736–744. https://doi.org/10.1134/S0006297911070030
  2. Шашков А. С., Тульская Е. М., Стрешинская Г. М., Дмитренок А. С., Потехина Н. В., Сенченкова С. Н., Пискункова Н. Ф., Дорофеева Л. В., Евтушенко Л. И. Рамноманнаны и тейхуроновая кислота из клеточной стенки Rathayibacter tritici ВКМ Ас-1603Т // Биохимия. 2020. Т. 85. С. 428–437. Shashkov A. S., Tul’skaya E.M., Streshinskaya G. M., Dmitrenok A. S., Potekhina N. V., Senchenkova S. N., Piskunkova N. F., Dorofeeva L. V., Evtushenko L. I. Rhamnomannans and teichuronic acid from cell wall of Rathayibacter tritici VKM Ac-1603T // Biochemistry (Moscow). 2020. V. 85. P. 369–377. https://doi.org/10.1134/S0006297920030128
  3. Altona C., Haasnoot C. A. G. Prediction of anti and gauche vicinal proton-proton coupling constants in carbohydrates: a simple additivity rule for pyranose rings // Org. Magn. Reson. 1980. V. 13. P. 417–429. https://doi.org/10.1002/mrc.1270130606
  4. Angyal S. J. Hudson’s rules of isorotation as applied to furanosides, and the conformations of methyl aldofuranosides // Carbohydr. Res. 1979. V. 77. P. 37–50. https://doi.org/10.1016/S0008-6215(00)83791-X
  5. Bock K., Pedersen C. Carbon-13 nuclear magnetic resonance spectroscopy of monosaccharides // Adv. Carbohydr. Chem. Biochem. 1983. V. 41. P. 27–66. https://doi.org/10.1016/S0065-2318(08)60055-4
  6. Brown S., Santa Maria J. P. Jr., Walker S. Wall teichoic acids of gram-positive bacteria // Annu. Rev. Microbiol. 2013. V. 67. P. 313‒336. https://doi.org/10.1146/annurev-micro-092412155620
  7. Chun J., Oren A., Ventosa A., Christensen H., Arahal D. R., da Costa M. S., Rooney A. P., Yi H., Xu X. W., De Meyer S., Trujillo M. E. Proposed minimal standards for the use of genome data for the taxonomy of prokaryotes // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2018. V. 68. P. 461–466. https://doi.org/10.1099/ijsem.0.002516
  8. Cummins C. S. La composition chimique des parois cellulaires d’ actinomycetes et son application taxonomique // Ann. Inst. Pasteur. 1962. V. 103. P. 385–391.
  9. Davis M. J., Graves Gillaspie A. Jr., Vidaver A. M., Harris R. W. Clavibacter: a new genus containing some phytopathogenic coryneform bacteria, including Clavibacter xyli subsp. xyli sp. nov., subsp. nov. and Clavibacter xyli subsp. cynodontis subsp. nov., pathogens that cause ratoon stunting disease of sugarcane and bermudagrass stunting disease // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 1984. V. 34. P. 107‒117. https://doi.org/10.1099/00207713-34-2-107
  10. Evtushenko L. I., Ariskina E. V. Nocardioidaceae // Bergey’s Manual of Systematics of Archaea and Bacteria / Ed. Whitman W. B. 2015. P. 1–18. https://doi.org/10.1002/9781118960608.fbm00042
  11. Guérin H., Kulakauskas S., Chapot-Chartier M. P. Structural variations and roles of rhamnose-rich cell wall polysaccharides in Gram-positive bacteria // J. Biol. Chem. 2022. V. 298. Art. 102488. https://doi.org/10.1016/j.jbc.2022.102488
  12. Goodfellow M., Jones A. L. Order V. Corynebacteriales ord. nov. // Bergey’s Mannual of Systematic Bacteriology. 2nd edn. / Eds. Whitmann W., Goodfellow M., Kämpfer P., Busse H.-J., Trujillo M., Ludwig W., Suzuki K. New York‒Dordrecht‒Heidelberg‒London: Springer, 2012. V. 5. P. 1‒14. https://doi.org/10.1002/9781118960608.obm00009
  13. Eichenlaub R., Gartemann K.-H. The Clavibacter michiganensis subspecies: molecular investigation of gram-positive bacterial plant pathogens // Annu. Rev. Phytopathol. 2011. V. 49. P. 445–464. https://doi.org/10.1146/annurev-phyto-072910-095258
  14. Janson P.-E., Kenne L., Widmalm G. Computer-assisted structural analysis of polysaccharides with an extended version of CASPER using 1H- and 13C-n. m. r. data // Carbohydr. Res. 1989. V. 188. P. 169–191. https://doi.org/10.1016/0008-6215(89)84069-8
  15. Kim D., Shashkov A. S., Dmitrenok A. S., Potekhina N. V., Senchenkova S. N., Dorofeeva L. V., Evtushenko L. I., Tul’skaya E. M. Novel galactofuranan and pyruvylated galactomannan in the cell wall of Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis VKM Ac-1403T // Carbohydr. Res. 2021. V. 500. Art. 108247. https://doi.org/10.1016/j.carres.2021.108247
  16. Lechevalier M. P., Lechevalier H. Chemical composition as a criterion in the classification of aerobic actinomycetes // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 1970. V. 20. P. 435‒443.
  17. Nouioui I., Carro L., Garcia-Lopez M., Meier-Kolthoff J.P., Woyke T., Kyrpides N. C., Pukall R., Klenk H. P., Goodfellow M., Goker M. Genome-based taxonomic classification of the phylum Actinobacteria // Front. Microbiol. 2018. V. 9. Art. 2007. https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.02007
  18. Perepelov A. V., Shashkov A. S., Kim D., Potekhina N. V., Dmitrenok A. S., Senchenkova S. N., Dorofeeva L. V., Evtushenko L. I., Tul’skaya E.M. A highly branched novel galactofuranan in the cell wall of Clavibacter tesselarius VKM Ac-1406T // Carbohydr. Res. 2023a. V. 529. Art. 108823. https://doi.org/10.1016/j.carres.2023.108823
  19. Perepelov A. V., Kim D., Tul’skaya E.M., Potekhina N. V., Dmitrenok A. S., Senchenkova S. N., Dorofeeva L. V., Evtushenko L. I., Shashkov A. S. A novel cell wall galactofuranan in Clavibacter phaseoli VKM Ac-2641T // Carbohydr. Res. 2023b. V. 525. P. 108778. https://doi.org/10.1016/j.carres.2023.108778
  20. Potekhina N. V., Streshinskaya G. M., Tul’skaya E.M., Shashkov A. S. Cell wall teichoic acids in the taxonomy and characterization of Gram-positive bacteria // Taxonomy of Prokaryotes. Methods in Microbiology / Eds. Rainey F. A., Oren A. London: Academic Press, 2011. V. 38. Ch. 6. P. 132–164. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-387730-7.00006-1
  21. Saddler G. D., Kerr E. M. “Genus V. Clavibacter Davis, Gillaspie, Vidaver and Harris 1984” // Bergey’s Mannual of Systematic Bacteriology. 2nd edn. // Eds. Whitmann W., Goodfellow M., Kämpfer P., Busse H.-J., Trujillo M., Ludwig W., Suzuki K. New York‒Dordrecht‒Heidelberg‒London: Springer, 2012. V. 5. P. 877–883.
  22. Schade J., Weidenmaier C. Cell wall glycopolymers of Firmicutes and their role as nonprotein adhesins // FEBS Lett. 2016. V. 590. P. 3758–3771. https://doi.org/10.1002/1873-3468.12288
  23. Shashkov A. S., Potekhina N. V., Kim D., Dmitrenok A. S., Senchenkova S. N., Dorofeeva L.V, Evtushenko L. I., Tul’skaya E. M. Cell wall galactofuranan and pyruvate-containing galactomannan in the cell walls of Clavibacter strains // Carbohydr. Res. 2021. V. 510. Art. 108435. https://doi.org/10.1016/j.carres.2021.108435
  24. Starodumova I., Prisyazhnaya N, Tarlachkov S., Dorofeeva L., Vasilenko O., Evtushenko L. Taxonomy of the genus Clavibacter // XXXVII Annual Meeting of the European Culture Collections’ Organisation Conference Proceedings. Moscow: Maks-Press, 2018. P. 107.
  25. Syr N., Perlin A. S. The conformations of furanosides. A 13C nuclear magnetic resonance study // Can. J. Chem. V. 57. 1979. P. 2504–2511. https://doi.org/10.1139/ v79-399
  26. Takeuchi M., Yokota A., Misaki A. Comparative structures of the cell-wall polysaccharides of four species of the genus Microbacterium // J. Gen. Appl. Microbiol. 1990. V. 36. P. 255–271.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Figure. 13C NMR spectrum of the "cold extraction" preparation from the cell wall of C. insidiosus VKM As-1402T. The Arabic numerals in the numbers refer to the carbon atoms in the residues labeled with capital letters in Table 1

Download (192KB)

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».