Descoperirile structurale evidențiază un sistem unic de transport al β-1,2-glucanului bacterian
Deși zaharurile sunt adesea considerate surse simple de energie, acestea servesc și ca molecule structurale complexe și funcțional diversificate, care mediează interacțiunile dintre organisme.
Printre acestea, β-1,2-glucanii, o clasă de polimeri pe bază de glucoză, se remarcă prin rolurile lor variate și uneori subtile. Acești compuși sunt întâlniți în diverse organisme și sunt implicați în procese precum supraviețuirea bacteriană, infecțiile gazdelor și simbioza. De exemplu, patogenul Brucella abortus utilizează β-1,2-glucani ciclici pentru a se proteja împotriva distrugerii în interiorul celulelor imune ale gazdei, apărându-se astfel de apărarea gazdelor. În mod similar, patogenii vegetali din genul Xanthomonas se bazează pe acești compuși pentru a stabili infecția în plante precum Arabidopsis thaliana și Nicotiana benthamiana. Prin urmare, înțelegerea modului în care bacteriile produc, utilizează și transportă aceste molecule este esențială pentru sănătatea plantelor și biologia infecțiilor.
Investigațiile asupra biologiei β-1,2-glucanilor au accelerat în ultimii ani, în special în ceea ce privește enzimele care degradează acești zaharuri. Întrebarea referitoare la modul în care bacteriile importă și exportă β-1,2-glucani prin membranele lor a primit puțină atenție. Transportul este un pas critic și un element esențial al strategiei de supraviețuire; fără acesta, bacteriile nu pot accesa β-1,2-glucanii extracelulari ca resurse, lăsând imaginea metabolică incompletă. Până în prezent, doar câteva dintre sistemele de transport bacterian asociate cu β-1,2-glucani au fost studiate, iar datele limitate disponibile sugerează că aceste sisteme diferă considerabil între ele. Aceasta sugerează că diversitatea semnificativă în biologia transportului β-1,2-glucanilor nu a fost încă descoperită.
Pentru a aborda această întrebare deschisă, o echipă de cercetare condusă de Masahiro Nakajima de la Facultatea de Știință și Tehnologie a Universității de Știință din Tokyo (TUS), Japonia, și Hidetaka Torigoe de la TUS, împreună cu Hiroyuki Nakai de la Universitatea Niigata, Japonia, a identificat și caracterizat structural un nou tip de proteină de legare a β-1,2-glucanului. Studiul lor, publicat online în The FEBS Journal pe 10 mai 2026, se concentrează pe o proteină de legare a solutului (SBP) dintr-un transportor ABC, o clasă de mașini moleculare care utilizează energie pentru a importa molecule specifice în celule, obținută din bacteria anoxigenică fototrofică Chloroflexus aurantiacus Y-400-fl.
Proteina SBP în cauză, denumită Chy400_4166, se află într-un cluster genic care codifică mai multe enzime potențiale de procesare a β-1,2-glucanilor în C. aurantiacus. Cercetătorii au început prin utilizarea testelor de gel shift pentru a verifica dacă Chy400_4166 leagă β-1,2-glucani. Apoi, au aplicat calorimetria de titrare izotermă (ITC), o metodă care măsoară căldura eliberată sau absorbită în timpul legării moleculare, pentru a cuantifica forța de legare și proprietățile termodinamice în întreaga gamă de β-1,2-glucani liniari și ciclici de dimensiuni diferite. În cele din urmă, au investigat structurile tridimensionale ale Chy400_4166 în complex cu β-1,2-glucani folosind cristalografia cu raze X, obținând rezoluții la nivel atomic între 1,27 și 1,95 Å.
Chy400_4166 a demonstrat o legare puternică atât la β-1,2-glucani liniari, cât și la cei ciclici, dar nu la un β-glucan derivat din orz, care are o structură diferită, confirmând selectivitatea proteinei. Structurile cristaline au arătat că 10 unități consecutive de glucoză (denumite unități A–J) formează interfața de legare esențială, comună tuturor substratelor testate. O unitate (unitatea G) este ancorată strâns de reziduuri de aminoacizi foarte conservate, indicând această regiune ca fiind centrală pentru funcția proteinei.
În plus, spre deosebire de singura proteină SBP de β-1,2-glucan caracterizată anterior (provenind din Listeria innocua), care se leagă de capătul lanțurilor de oligozaharide scurte, Chy400_4166 se leagă de segmentul din mijloc al unei lanțuri mai lungi de glucan, un segment potrivit pentru a acționa asupra β-1,2-glucanilor ciclici. Chy400_4166 prezintă, de asemenea, un grad interesant de flexibilitate structurală, conținând un reziduu care poate schimba conformația pentru a se adapta la glucoza ciclică de dimensiuni variate. „Aceste descoperiri sunt intrigante prin faptul că sugerează o diversitate remarcabilă între proteinele de legare asociate cu β-1,2-glucanii”, subliniază Nakajima.
Identificarea și caracterizarea Chy400_4166 au implicații directe pentru înțelegerea modului în care bacteriile interacționează cu β-1,2-glucanii în contexte ecologice și asociate cu gazda. Deoarece β-1,2-glucanii ciclici sunt utilizați de mai mulți patogeni pentru a manipula biologia gazdelor, proteinele capabile să se leagă de aceste molecule reprezintă potențiale puncte de intervenție în procesele de infecție. Prin administrarea competitivă a β-1,2-glucanilor ciclici plantelor, ar putea fi posibilă interferarea cu procesul de infecție al patogenilor care se bazează pe aceste molecule pentru a cauza o infecție. În cele din urmă, această abordare ar putea neutraliza capacitatea patogenului de a invada gazda, conducând la dezvoltarea de pesticide biologice și oferind o alternativă durabilă și ecologică pentru protecția culturilor.
Mai mult, deoarece β-1,2-glucanii ciclici pot encapsula alte substanțe în structura lor circulară, sistemul de transport descris în această lucrare ar putea servi ca bază pentru a explora modul în care acești zaharuri se mișcă și funcționează în organismele vii, ceea ce ar putea ghida dezvoltarea sistemelor de livrare a medicamentelor. De asemenea, înțelegerea sistemului de transport al bacteriilor ar putea avea aplicații potențiale în domeniile remedierii mediului și tehnologiei alimentare.
„Prin căutarea enzimelor și proteinelor care acționează asupra glucanilor, încercăm să aruncăm o lumină asupra glicanelor care nu au primit încă prea multă atenție și să elucidăm rolurile lor în natură și utilizările potențiale”, încheie Nakajima. „Descoperirea acestui nou sistem de transport al β-1,2-glucanului oferă o piatră de temelie crucială pentru înțelegerea relevanței β-1,2-glucanului, care este rar, dar răspândit în natură.”
