Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1062010.32607/20758251-2012-4-3-46-58ReviewsОбзорыReview ArticleLipopolysaccharide of Yersinia Pestis, the Cause of Plague: Structure, Genetics, Biological PropertiesЛипополисахарид чумного микроба Yersinia pestis: структура, генетика, биологические свойстваKnirelYu. A.КнирельЮ. A.
Russian Federation
knirel@ioc.ac.ruAnisimovA. P.АнисимовA. П.
Russian Federation
knirel@ioc.ac.ruZelinsky Institute of Organic Chemistry, Russian Academy of SciencesИнститут органической химии им. Н.Д. Зелинского РАНState Research Center for Applied Microbiology and BiotechnologyГосударственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии Роспотребнадзора1509201243VOL 4, NO3 (2012)ТОМ 4, №3 (2012)465817012020Copyright ©; 2012, Knirel Y.A., Anisimov A.P.Copyright ©; 2012, Книрель Ю.A., Анисимов A.П.2012Knirel Y.A., Anisimov A.P.Книрель Ю.A., Анисимов A.П.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10620

The present review summarizes data pertaining to the composition and structure of the carbohydrate moiety (core oligosaccharide) and lipid component (lipid A) of the various forms of lipopolysaccharide (LPS), one of the major pathogenicity factors of Yersinia pestis, the cause of plague. The review addresses the functions and the biological significance of genes for the biosynthesis of LPS, as well as the biological properties of LPS in strains from various intraspecies groups of Y. pestis and their mutants, including the contribution of LPS to the resistance of bacteria to factors of the innate immunity of both insect-vectors and mammal-hosts. Special attention is paid to temperature-dependent variations in the LPS structure, their genetic control and roles in the pathogenesis of plague. The evolutionary aspect is considered based on a comparison of the structure and genetics of the LPS of Y. pestis and other enteric bacteria, including other Yersinia species. The prospects of development of live plague vaccines created on the basis of Y. pestis strains with the genetically modified LPS are discussed.

Приведены данные о составе и строении углеводной части (олигосахарида кора) и липидного компонента (липида А) различных форм липополисахарида (ЛПС) — одного из важных факторов патогенности чумного микроба Yersinia pestis. Рассмотрены функции и биологическая значимость генов биосинтеза ЛПС, биологические свойства ЛПС штаммов различных внутривидовых групп Y. pestis и их мутантов, включая вклад ЛПС в устойчивость бактерий к факторам врожденного иммунитета насекомых-переносчиков и млекопитающих-носителей. Особое внимание уделено температурозависимым вариациям структуры ЛПС, их генетическому контролю и роли в патогенезе чумы. Эволюционный аспект рассмотрен на основе сопоставления строения и генетики ЛПС чумного микроба и других энтеробактерий, в том числе других видов йерсиний. Обсуждаются перспективы создания живых противочумных вакцин на основе штаммов Y. pestis с генетически модифицированным ЛПС.

lipopolysaccharidelipid AplagueYersinia pestisimmune responseantibiotic resistanceлипополисахаридлипид АчумаYersinia pestisиммунный ответантибиотикоустойчивостьSupotnitskii M.V., Supotnitskaya N.S. Ocherki istorii chumy (Essays of the History of Plague). M.: Vuzovskaya kniga, 2006. Book 1, 468 p.; Book 2. 696 p.Anisimov A.P. // Mol. Gen. Mikrobiol. Virusol. 2002. № 3. P. 3-23.Anisimov A.P. // Mol. Gen. Mikrobiol. Virusol. 2002. № 4. P. 3-11.Perry R.D., Fetherston J.D. // Clin. Microbiol. Rev. 1997. V. 10. P. 35-66.Anisimov A.P., Lindler L.E., Pier G.B. // Clin. Microbiol. Rev. 2004. V. 17. P. 434-464.Platonov M.E. Molekulyarno-geneticheskoe izuchenie raznoobraziya i mikroevolyutsii Yersinia pestis (Moleculargenetic investigation of diversity and microevolution of Yersinia pestis). PhD thesis. Obolensk, 2010. 142 p.Li Y., Cui Y., Hauck Y., Platonov M.E., Dai E., Song Y., Guo Z., Pourcel C., Dentovskaya S.V., Anisimov A.P., et al. // PLoS ONE. 2009. V. 4. P. e6000.Riehm J.M., Vergnaud G., Kiefer D., Damdindorj T., Dashdavaa O., Khurelsukh T., Zöller L., Wölfel R., Le Flèche P., Scholz H.C. // PLoS ONE. 2012. V. 7. P. e30624.Raetz C.R.H., Whitfield C. // Annu. Rev. Biochem. 2002. V. 71. P. 635-700.Knirel Y.A., Dentovskaya S.V., Senchenkova S.N., Shaikhutdinova R.Z., Kocharova N.A., Anisimov A.P. // J. Endotoxin Res. 2006. V. 12. P. 3-9.Byvalov A.A., Ovodov Yu.S. // Bioorg. Khim. 2011. V. 37. P. 452-463.Knirel Y.A., Lindner B., Vinogradov E.V., Kocharova N.A., Senchenkova S.N., Shaikhutdinova R.Z., Dentovskaya S.V., Fursova N.K., Bakhteeva I.V., Titareva G.M., et al. // Biochemistry. 2005. V. 44. P. 1731-1743.Vinogradov E.V., Lindner B., Kocharova N.A., Senchenkova S.N., Shashkov A.S., Knirel Y.A., Holst O., Gremyakova T.A., Shaikhutdinova R.Z., Anisimov A.P. // Carbohydr. Res. 2002. V. 337. P. 775-777.Holst O. Endotoxin in Health and Disease. N.Y.: Marcel Dekker, 1999. P. 115-154.Filippov A.A., Sergueev K.V., He Y., Huang X.Z., Gnade B.T., Mueller A.J., Fernandez-Prada C.M., Nikolich M.P. // PLoS ONE. 2011. V. 6. P. e25486.Kiljunen S., Datta N., Dentovskaya S.V., Anisimov A.P., Knirel Y.A., Bengoechea J.A., Holst O., Skurnik M. // J. Bacteriol. 2011. V. 193. P. 4963-4972.Knirel Y.A., Lindner B., Vinogradov E.V., Shaikhutdinova R.Z., Senchenkova S.N., Kocharova N.A., Holst O., Pier G.B., Anisimov A.P. // Carbohydr. Res. 2005. V. 340. P. 1625-1630.Dentovskaya S.V., Bakhteeva I.V., Titareva G.M., Shaikhutdinova R.Z., Kondakova A.N., Bystrova O.V., Lindner B., Knirel Y. A., Anisimov A.P. // Biochemistry (Moscow). 2008. V. 73. P. 192-199.Knirel Y.A., Kondakova A.N., Bystrova O.V., Lindner B., Shaikhutdinova R.Z., Dentovskaya S.V., Anisimov A.P. // Adv. Sci. Lett. 2008. V. 1. P. 192-198.Aussel L., Thérisod H., Karibian D., Perry M.B., Bruneteau M., Caroff M. // FEBS Lett. 2000. V. 465. P. 87-92.Rebeil R., Ernst R.K., Gowen B.B., Miller S.I., Hinnebusch B.J. // Mol. Microbiol. 2004. V. 52. P. 1363-1373.Rebeil R., Ernst R.K., Jarrett C.O., Adams K.N., Miller S.I., Hinnebusch B.J. // J. Bacteriol. 2006. V. 188. P. 1381-1388.Kawahara K., Tsukano H., Watanabe H., Lindner B., Matsuura M. // Infect. Immun. 2002. V. 70. P. 4092-4098.Jones J.W., Shaffer S.A., Ernst R.K., Goodlett D.R., Turecek F. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2008. V. 105. P. 12742-12747.Jones J.W., Cohen I.E., Turecek F., Goodlett D.R., Ernst R.K. // J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2010. V. 21. P. 785-799.Vinogradov E.V., Knirel Y.A., Thomas-Oates J.E., Shashkov A.S., L’vov V.L. // Carbohydr. Res. 1994. V. 258. P. 223-232.Montminy S.W., Khan N., McGrath S., Walkowicz M.J., Sharp F., Conlon J.E., Fukase K., Kususmoto S., Sweet C., Miyake K., et al. // Nat. Immunol. 2006. V. 7. P. 1066-1073.Kondakova A.N., Shaikhutdinova R.Z., Ivanov S.A., Dentovskaya S.V., Shashkov A.S., Anisimov A.P., Knirel Y.A. // Carbohydr. Res. 2009. V. 344. P. 2421-2423.Skurnik M., Peippo A., Ervelä E. // Mol. Microbiol. 2000. V. 37. P. 316-330.Dentovskaya S.V., Shaikhutdinova R.Z., Knirel Y.A., Ivanov S.L., Anisimov A.P. // Mol. Gen. Mikrobiol. Virusol. 2006. № 2. P. 3-8.Bishop R.E. // Mol. Microbiol. 2005. V. 57. P. 900-912.Dentovskaya S.V., Anisimov A.P., Kondakova A.N., Bystrova O.V., Lindner B., Svetoch T.E., Shaikhutdinova R.Z., Ivanov S.A., Bakhteeva I.V., Titareva G.M., Knirel Y.A. // Biochemistry (Moscow). 2011. V. 76. P. 808-822.Anisimov A.P., Dentovskaya S.V., Kondakova A.N., Lindner B., Shaikhutdinova R.Z., Kocharova N.A., Senchenkova S.N., Knirel Y.A. The Challenge of Highly Pathogenic Microorganisms - Mechanism of Virulence and Novel Medical Countermeasures. Dordrecht: Springer, 2010. P. 77-87.Knirel Y.A., Dentovskaya S.V., Bystrova O.V., Kocharova N.A., Senchenkova S.N., Shaikhutdinova R.Z., Titareva G.M., Bakhteeva I.V., Lindner B., Pier G.B., Anisimov A.P. // Adv. Exp. Med. Biol. 2007. V. 603. P. 88-96.Carty S.M., Sreekumar K.R., Raetz C.R.H. // J. Biol. Chem. 1999. V. 274. P. 9677-9685.Bishop R.E., Gibbons H.S., Guina T., Trent M.S., Miller S.I., Raetz C.R. // EMBO J. 2000. V. 19. P. 5071-5080.Gunn J.S., Lim K.B., Krueger J., Kim K., Guo L., Hackett M., Miller S.I. // Mol. Microbiol. 1998. V. 27. P. 1171-1182.Trent M.S., Ribeiro A.A., Doerrler W.T., Lin S., Cotter R.J., Raetz C.R.H. // J. Biol. Chem. 2001. V. 276. P. 43132-43144.Winfield M.D., Latifi T., Groisman E.A. // J. Biol. Chem. 2005. V. 280. P. 14765-14772.Meredith T.C., Aggarwal P., Mamat U., Lindner B., Woodard R.W. // ACS Chem. Biol. 2006. V. 1. P. 33-42.Reynolds C.M., Raetz C.R. // Biochemistry. 2009. V. 48. P. 9627-9640.Tan L., Darby M. // J. Bacteriol. 2005. V. 187. P. 6599-6600.Pacinelli E., Wang L., Reeves P.R. // Infect. Immun. 2002. V. 70. P. 3271-3276.Hitchen P.G., Prior J.L., Oyston P.C., Panico M., Wren B.W., Titball R.W., Morris H.R., Dell A. // Mol. Microbiol. 2002. V. 44. P. 1637-1650.Chung H.S., Raetz C.R. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2011. V. 108. P. 510-515.Reynolds C.M., Kalb S.R., Cotter R.J., Raetz C.R. // J. Biol. Chem. 2005. V. 280. P. 21202-21211.Touze T., Tran A.X., Hankins J.V., Mengin-Lecreulx D., Trent M.S. // Mol. Microbiol. 2008. V. 67. P. 264-277.Prior J.L., Parkhill J., Hitchen P.G., Mungall K.L., Stevens K., Morris H.R., Reason A.J., Oyston P.C.F., Dell A., Wren B.W., Titball R.W. // FEMS Microbiol. Rev. 2001. V. 197. P. 229-233.Park B.S., Song D.H., Kim H.M., Choi B.S., Lee H., Lee J.O. // Nature. 2009. V. 458. P. 1191-1195.Anisimov A.P., Shaikhutdinova R.Z., Pan’kina L.N., Feodorova V.A., Savostina E.P., Bystrova O.V., Lindner B., Mokrievich A.N., Bakhteeva I.V., Titareva G.M., et al. // J. Med. Microbiol. 2007. V. 56. P. 443-453.Matsuura M., Takahashi H., Watanabe H., Saito S., Kawahara K. // Clin. Vaccine Immunol. 2010. V. 17. P. 49-55.Telepnev M.V., Klimpel G.R., Haithcoat J., Knirel Y.A., Anisimov A.P., Motin V.L. // J. Infect. Dis. 2009. V. 200. P. 1694-1702.Sun W., Six D., Kuang X., Roland K.L., Raetz C.R.H., Curtis R. III. // Vaccцne. 2011. V. 29. P. 2986-2998.Feodorova V.A., Pan’kina L.N., Savostina E.P., Sayapina L.V., Motin V.L., Dentovskaya S.V., Shaikhutdinova R.Z., Ivanov S.A., Lindner B., Kondakova A.N., et al. // Vaccine. 2007. V. 25. P. 7620-7628.Feodorova V.A., Pan’kina L.N., Savostina E.P., Kuznetsov O.V., Konnov N.P., Sayapina L.V., Dentovskaya S.V., Shaikhutdinova R.Z., Ageev S.A., Lindner B., et al. // Vaccine. 2009. V. 27. P. 2240-2250.Bengoechea J.A., Brandenburg K., Seydel U., Diaz R., Moriyón I. // Microbiology. 1998. V. 144. P. 1517-1526.Anisimov A.P., Dentovskaya S.V., Titareva G.M., Bakhteeva I.V., Shaikhutdinova R.Z., Balakhonov S.V., Lindner B., Kocharova N.A., Senchenkova S.N., Holst O., et al. // Infect. Immun. 2005. V. 73. P. 7324-7331.Klein K.A., Fukuto H.S., Pelletier M., Romanov G., Grabenstein J.P., Palmer L.E., Ernst R., Bliska J.B. // J. Bacteriol. 2012. V. 194. P. 653-662.Bartra S.S., Styer K.L., O’Bryant D.M., Nilles M.L., Hinnebusch B.J., Aballay A., Plano G.V. // Infect. Immun. 2008. V. 76. P. 612-622.Kolodziejek A.M., Schnider D.R., Rohde H.N., Wojtowicz A.J., Bohach G.A., Minnich S.A., Hovde C.J. // Infect. Immun. 2010. V. 78. P. 5233-5243.Darby C., Ananth S.L., Tan L., Hinnebusch B.J. // Infect. Immun. 2005. V. 73. P. 7236-7242.Tidhar A., Flashner Y., Cohen S., Levi Y., Zauberman A., Gur D., Aftalion M., Elhanany E., Zvi A., Shafferman A., et al. // PLoS ONE. 2009. V. 4. P. e7023.Kukkonen M., Suomalainen M., Kyllonen P., Lahteenmaki K., Lang H., Virkola R., Helander I.M., Holst O., Korhonen T.K. // Mol. Microbiol. 2004. V. 51. P. 215-225.Pouillot F., Derbise A., Kukkonen M., Foulon J., Korhonen T.K., Carniel E. // Microbiology. 2005. V. 151. P. 3759-3768.Suomalainen M., Lobo L.A., Brandenburg K., Lindner B., Virkola R., Knirel Y.A., Anisimov A.P., Holst O., Korhonen T.K. // Infect. Immun. 2010. V. 78. P. 2644-2652.Dentovskaya S.V., Platonov M.E., Bakhteeva I.V., Anisimov A.P. Problemy osobo opasnykh infektsii (Probl. Particularly Dangerous Infect. (Saratov)) 2007. V. 93. P. 49-51.Eren E., Murphy M., Goguen J., van den Berg B. // Structure. 2010. V. 18. P. 809-818.Chain P.S., Carniel E., Larimer F.W., Lamerdin J., Stoutland P.O., Regala W.M., Georgescu A.M., Vergez L.M., Land M.L., Motin V.L., et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2004. V. 101. P. 13826-13831.