Lipopolisacárido (LPS)

El LPS es uno de los principales componentes de la membrana externa de las bacterias Gram-negativas (Figura 7). Está constituido por tres partes estructuralmente conservadas: el lípido A que actúa de anclaje a la membrana externa; el core o núcleo oligosacarídico, y, en la mayoría de los casos, una cadena polisacarídica-O (antígeno-O) que constituye la parte más externa de este polisacárido superficial (Campbell et al., 2002; Fraysse et al., 2003; Janczarek et al., 2015; Choma et al., 2017) (Figura 10). El LPS está situado en la hemimembrana externa de la membrana externa, lo que confiere a

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esta membrana una alta asimetría e influye notablemente en su permeabilidad (Nikaido, 2003). Además de las partes que se pueden distinguir en la estructura del LPS, en los rizobios se pueden diferenciar dos tipos de LPS, el LPS rugoso o lipooligosacárido, fracción que contienen el lípido A y el core y el LPS liso, que contiene los tres dominios del LPS (lípido A, core y antígeno-O) (Fraysse et al., 2003; Becker et al., 2005; Muszyński

et al., 2011).

El lípido A es la parte lipofílica del LPS que lo ancla a la membrana externa a través de interacciones electrostáticas e hidrofóbicas (Raetz et al., 2007) y en los rizobios su estructura puede diferir de unas especies a otras en función de los componentes glicosídicos que lo componen y del patrón de acilación (Que et al., 2000). La estructura del lípido A es conocida en muchas especies de rizobios como R. etli CE3 (Kannenberg et

al., 1998), S. meliloti 1021 (Ferguson et al., 2005 y 2006), S. fredii NGR234 (Gudlavalleti

y Fosberg, 2003), diversas especies de Bradyrhizobium (Komaniecka et al., 2014; Silipo

et al., 2014), rizobios nodulantes de tallos como Azorhizobium caulinodans (Noel et al.,

1984; Choma et al., 2012) y fitopatógenos como Agrobacterium tumefaciens C58 (Silipo

et al., 2004). En el caso del género Sinorhizobium el lípido A está constituido por un

disacárido de glucosamina acilado y fosforilado en las posiciones 1’ y 4’, al igual que en la mayoría de las enterobacterias, (Noel y Duelli, 2000), al cual se unen cuatro ácidos grasos de cadena larga (Lepek y D’Antuono, 2005).

El lípido A se une al core a través del Kdo mediante enlaces débiles o lábiles. Esta estructura comparte características comunes entre R. leguminosarum y Sinorhizobium aunque pueden existir pequeñas variaciones (Fraysse et al., 2003).

El antígeno-O es un heteropolisacárido constituido por la repetición de un oligosacárido que puede contener ácidos urónicos, heptosas o Kdo. Su composición varía en los diferentes rizobios, incluso dentro de la misma especie, excepto en las estirpes de

Sinorhizobium analizadas, las cuales tienen LPS estructuralmente conservados y supone

la región antigénica dominante (Reuhs et al., 1995 Noel y Duelli, 2000; Fraysse et al., 2003; Frirdich y Whitfield, 2012; Janczarek et al., 2015).

En S. fredii HH103 aún no se ha determinado la estructura del LPS, aunque se sabe que contiene unidades de Kdo, glucosa, ácido glucurónico y galacturónico y algún ácido

25 nonulosónico (Miguel Ángel Rodríguez Carvajal, comunicación personal), siendo este último también componente del KPS.

Figura 10. Representación esquemática de la estructura química del LPS de S. meliloti. Figura adaptada

de Gibson et al. (2008).

Existe una gran cantidad de genes involucrados en la biosíntesis del LPS localizados en diferentes partes del genoma bacteriano. En las diferentes especies de rizobios se pueden encontrar genes involucrados en la biosíntesis del lípido A, denominados comúnmente lpx, además de los genes fabZF2F1, msbB y acpXL (Price et al., 1994; Finan

et al., 2001; Haag et al., 2009; Vanderlinde et al., 2009; Ardissone et al., 2011) y genes

para la biosíntesis del core denominados lpsB, lpsCDE, lpsL, kdsAB y kdtA (Kadrmas et

al., 1998; Lagares et al., 2001; Capela et al., 2001).

El LPS no es una estructura estática, puede ser modificado por varias vías debido a condiciones de estrés (bajo pH, baja concentración de oxígeno, antocianinas) (Duelli et

al., 2001; Kannenberg y Carlson, 2001; Reuhs et al., 2005) o, como ocurre en S. fredii

NGR234, los flavonoides pueden inducir cambios en el antígeno-O en paralelo con la expresión de los genes de nodulación (Theunis et al., 2004; Broughton et al., 2006).

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Incluso, también se puede dar un aumento en la hidrofobicidad del LPS durante la diferenciación de la bacteria desde el estado de vida libre a estado de bacteroide, lo que le permite adoptar un grado de interacción óptima con la superficie de las células vegetales (Kannenberg y Carlson, 2001; Fraysse et al., 2003; D’Haeze et al., 2007).

El LPS desempeña importantes funciones en los rizobios. Así, mutaciones que alteran su producción afectan a la superficie bacteriana sensibilizando la membrana contra detergentes, estreses ambientales, respuestas defensivas del hospedador como las especies reactivas del oxígeno (ROS; del inglés Reactive Oxigen Species) y péptidos antimicrobianos, sensibilidad a fagos y, además, generan una morfología rugosa de las colonias (Albus et al., 2001; Campbell et al., 2003; Scheidle et al., 2005).

A diferencia de lo que ocurre con el EPS (que interviene en fases tempranas de la simbiosis), se ha postulado que el LPS lleva a cabo diversas funciones en distintas fases de la simbiosis, incluyendo las tardías (Becker et al., 2005). Este polisacárido es importante en la supresión de la respuesta defensiva de la planta, interviene como señal durante la formación del simbiosoma y contribuye a la adaptación de las condiciones endosimbióticas dentro del nódulo (Fraysse et al., 2003; Brewin, 2004; Mathis et al., 2005). Además, puede modular el desarrollo de los tubos de infección a través de los pelos radicales (Dazzo et al., 1995).

Por este motivo, algunos mutantes rizobianos afectados en el LPS son defectivos en simbiosis, aunque estos defectos son más graves en algunas simbiosis que en otras (Niehaus et al., 1998; Lerouge y Varderleyden, 2002; Campbell et al., 2003; D’Haeze et

al., 2004; Beck et al., 2008). Más concretamente, alteraciones en el lípido A puede hacer

que el LPS pierda su capacidad protectora frente a la respuesta inmune innata del hospedador (Raetz et al., 2007), lo que puede dar lugar a retrasos en la nodulación, formación anormal del bacteroide, como ocurre en la simbiosis de R. leguminosarum bv.

viceae con Pisum sativum (guisante), y, además, alterar la producción de óxido nítrico

(NO) en las raíces del hospedador, como se ha descrito en la interacción de M. loti con

L. japonicus (Vedam et al., 2004; Muszyński et al., 2011; Hashimoto et al., 2012).

Mutaciones en el gen lpsB en especies de Sinorhizobium dan lugar a un core con modificaciones en la composición de azúcares. Estos mutantes, en su interacción con

27 bacteroide, donde el programa no se completa y no se lleva a cabo la fijación de nitrógeno (Campbell et al., 2002). En S. fredii HH103, los mutantes en los genes lpsB,

lpsE y greA están muy afectados en su interacción con soja, dónde inducen numerosos

pesudonódulos y un reducido número de nódulos con morfología externa aparentemente normal pero que muestran síntomas de senescencia temprana (Margaret et al., 2013). Por último, la completa ausencia o alteraciones en el antígeno- O puede causar defectos en el proceso de infección o la incapacidad de la fijación de nitrógeno molecular en las parejas simbióticas R. leguminosarum y S. meliloti con P.

sativum y M. sativa, respectivamente (Lerouge y Vardeleyden, 2002; Fraysse et al., 2005;

Forsberg y Carlson, 2008).