Найдены новый полисахарид и фермент, который его синтезирует

Полисахариды — самые распространенные биополимеры на Земле. Изучение бактериальных полисахаридов важно для борьбы с патогенами, а биоразлагаемые полимеры, похожие на хитин беспозвоночных, могут заменить пластик, в том числе найти разнообразные медицинские применения. Поэтому ферменты, способные синтезировать полисахариды, активно исследуются. Так, ферменты класса гликозидфосфорилаз катализируют процесс фосфоролиза, при котором гликозидная связь разрушается при участии фосфата и образуется сахар-1-фосфат. Поскольку свободная энергия реакции образования гликозидной связи примерно такая же, как у реакции ее разрыва, гликозидфосфорилазы могут осуществлять и обратный процесс биосинтеза полимеров, используя сахар-1-фосфат как мономер.

Авторы работы, опубликованной в журнале ACS Central Science, сообщили об открытии новой гликозидфосфорилазы. Фермент отнесли к семейству GH94 ферментов CAZy, то есть катализирующих реакции с участием углеводов.

Ген новой гликозидфосфорилазы найден в геноме бактерии Acholeplasma laidlawii. Новый фермент был описан в рамках более крупного проекта, задача которого — описание библиотеки генов ферментов, катализирующих реакции биосинтеза. Библиотека была подготовлена в Объединенном институте геномов (Joint Genome Institute, Беркли, США) и содержит, помимо прочего, последовательности филогенетически различных гликозидфосфорилаз.

Первоначальной целью ученых был поиск гликозидфосфорилаз, которые могли бы расщеплять хитин. Все известные на данный момент ферменты с такой активностью относятся к группе N,N-диацетилхитобиозофосфорилаз. Часть их принадлежит к семейству GH94 ферментов CAZy, которое и привлекло внимание ученых. Исследователи провели скрининг всех 18 ферментов семейства на способность высвобождать фосфат из донора-сахарофосфата в присутствии акцептора — N-ацетилглюкозамина и N,N-диацетилхитобиозы. Положительный результат был получен только для одного фермента из генома A. laidlawii. Авторы также определили его кристаллическую структуру.

Оказалось, что новая гликозидфосфорилаза катализирует образование β-1,3-связей между остатками N-ацетилглюкозамина, используя α-ацетилглюкозамин-1-фосфат как донор. В результате образуется ранее не описанный биополимер поли-β-1,3-N-ацетилглюкозамин.

Этот биополимер завершает список возможных полисахаридов на основе мономеров N-ацетилглюкозамина, соединенных β-гликозидными связями. К таким полисахаридам относятся поли-β-1,4-N-ацетилглюкозамин, также известный как хитин, и второй по распространенности биополимер на Земле поли-β-1,6-N-ацетилглюкозамин — ключевой фактор вирулентности многих бактерий, необходимый для формирования биопленок. Поли-β-1,3-N-ацетилглюкозамин получил название «ахолетин» в честь бактерий, которые его производят, и близкородственного полисахарида хитина. Новую гликозидфосфорилазу авторы работы назвали ахолетинфосфорилазой.

Ахолетин может найти применение как биосовместимый и биоразлагаемый материал или компонент таких материалов. Кроме того, бактерия A. laidlawii часто загрязняет среды для культивирования клеток; у нее нет клеточной стенки, однако активность гликозидфосфорилазы может быть важна для поддержания структуры ее мембраны: есть предположение, что с ней связывается ахолетин. Воздействие на этот фермент может предотвратить загрязнение, предполагают авторы.