Surface polysaccharide biosynthesis and function, and regulation by DmxA and c-di-GMP in Myxococcus xanthus

Bakterien besitzen Oberflächenpolysaccharide, die unterschiedliche Funktionen erfüllen, z.B. Vermittlung von Wirt/ Pathogen-Interaktionen, und Schutz der Zellen vor Austrocknungsstress, vor Prädation oder vor immunologischen Reaktionen. Myxococcus xanthus ist ein gramnegatives Deltaproteobakterium mit einem komplexen und nährstoffabhängigen Lebenszyklus. In Gegenwart von Nährstoffen wachsen Zellen, teilen sich und bilden koordiniert ausbreitende Kolonien auf einer festen Oberfläche. Bei Nährstoffmangel initiieren die Zellen ein Entwicklungsprogramm, welches in der Bildung sporengefüllter Fruchtkörper gipfelt. Beide Teile des Lebenszyklus beinhalten umfangreiche Zell-Zell-Wechselwirkungen. Bisher wurden in M. xanthus drei verschiedene Oberflächenpolysaccharide identifiziert: Lipopolysaccharid (LPS), Exopolysaccharid (EPS) und Sporenhüllenpolysaccharid. Über ihre Biosynthesemaschinen, ihre Regulierung und Zusammensetzung ist jedoch wenig bekannt. Um zu verstehen, wie diese Polysaccharide in M. xanthus synthetisiert werden, haben wir Homologe von Proteinen identifiziert, die an der Biosynthese von Oberflächenpolysacchariden beteiligt sind (Proteine von Wzx/Wzy- oder ABC-Transporter-abhängigen Wegen). Bioinformatik, genetische Analysen, heterologe Expression und biochemische Experimente in Kombination mit dem Nachweis der Biosynthese von LPS-, EPS- oder Sporenhüllenpolysaccharid, ermöglichten es uns die Biosynthesewege für LPS O-Antigen und EPS aufzuklären. Darüber hinaus identifizierten wir die fehlenden Komponenten der Biosynthesemaschine des Sporenbeschichtungspolysaccharids. Während LPS O-Antigen von einem ABC-Transporterabhängigen Weg synthetisiert wird, involviert die Synthese von EPS und Sporenhüllenpolysaccharid Wzx/Wzy-abhängige Wege. Jeder einzelne Weg ist der Biosynthese eines Polysaccharids gewidmet. Zusätzlich identifizierten wir einen PolysaccharidBiosyntheselokus mit unbekannter Funktion, der Homologe eines Wzx/Wzy-abhängigen Weges kodiert. Unter Verwendung ausgewählter Mutanten, die ausschließlich in der Synthese eines dieser Zucker blockiert sind, haben wir die Rolle dieser Oberflächenglykane neu evaluiert. Wir zeigen, dass O-Antigen für die Entwicklung und die gleitende Bewegung essentiell ist, aber bedingt wichtig für die Typ IV Pili (T4P) abhängige Motilität ist. Im Gegensatz dazu ist EPS wichtig für die Agglutination, die T4P-abhängige Motilität und die T4P-Bildung und ist bedingt wichtig für die Entwicklung. Der auf Nukleotiden basierende sekundärer Botenstoff c-di-GMP hat bei M. xanthus wichtige Funktionen. Während des Wachstums ist die Diguanylatzyklase (DGC) DmxA bedeutend für die Motilität. Wir zeigen, dass die DGC-Aktivität von DmxA für die Motilität wichtig ist und, dass DmxA an der Regulierung der Polarität beider Motilitätssysteme beteiligt ist. Da sich DmxAmVenus in der Mitte der Zelle befindet und diese Lokalisierung von FtsZ abhängt, und DmxA nicht zum gesamten c-di-GMP-Pool beiträgt, schlagen wir vor, dass die DmxA-Funktion auf einen lokalen Pool beschränkt ist.