La glicosilación es una modificación postraduccional muy importante que se observa en las proteínas. Aproximadamente más del 50% de las proteínas se encuentran en sus formas glicosiladas en los eucariotas. La N-glicosilación y la O-glicosilación son los dos tipos principales de glicosilación 1,2. Los glicanos ligados a O (O-glicanos) se unen covalentemente a las proteínas a través de N-acetilgalactosamina al grupo hidroxilo de un residuo de aminoácido de serina (Ser) o treonina (Thr). Los glicanos ligados a N (N-glicanos) son oligosacáridos complejos, que se unen covalentemente a la asparagina (Asn) residuo de aminoácidos de las proteínas a través de la N-acetilglucosamina (GlcNAc) en una secuencia particular de aminoácidos comoN-X-Ser/Thr y una menos común, comoN-X-Cys (cisteína) (donde X podría ser cualquier aminoácido excepto la prolina)3,4. El núcleo básico de N-glicano consta de dos residuos de HexNAc y tres de manosa. La elongación adicional de este núcleo común con otros monosacáridos a través de las enzimas glicosiltransferasa y glicosidasa determina el tipo de N-glicanos en función del grado de ramificación y el tipo de enlace5. Los N-glicanos generalmente se agrupan en tres clases principales: manosa alta (HM), tipo complejo (CT) e híbrido (HY)6.
Los N-glicanos son compuestos no digeribles por los organismos huéspedes debido a la falta de enzimas glucósidos hidrolasas. Estos compuestos llegan al intestino delgado/grueso en una forma no digerida, donde miles de especies bacterianas diferentes los utilizan, y pueden actuar como prebióticos al promover microbios intestinales especializados, especialmente las especies de Bifidobacterium 7. Hallazgos recientes demostraron que los N-glicanos estimulan selectivamente el crecimiento de ciertas especies bacterianas 8,9. Los N-glicanos liberados por las glicoproteínas de la leche bovina estimularon selectivamente el crecimiento de la subespecie infantis (B. infantis) de Bifidobacterium longum, que es una especie bifidobacteriana crucial en el intestino del lactante, pero otras especies de bifidobacterias como Bifidobacterium animalis (B. animalis) no utilizaron estos compuestos9. Además, un reciente estudio in vivo demostró que 19 N-glicanos únicos de la lactoferrina e inmunoglobulinas de la leche estimulan selectivamente el crecimiento de B. infantis8. Especialmente, B. infantis posee una capacidad genómica para la escisión y el metabolismo de los glicanos. Una Endo-β-N-acetilglucosaminidasa (EndoBI-1), que pertenece a la familia de las glicosilhidrolasas 18, producida recombinantemente a partir de B. infantis ATCC 15697, mostró una alta actividad sobre las glicoproteínas de la leche en condiciones in vitro 9,10. Esta nueva enzima glucósido hidrolasa puede escindir las partes N-N-diacetilquitobiasa que se encuentran en los N-glicanos 10,11. La actividad de EndoBI-1 no se ve afectada por la fucosilación del núcleo y las diferentes condiciones de reacción, como alta temperatura, pH, tiempo de reacción, etc. 3,11,12. Esta característica única de las glucósidos hidrolasas bifidobacterianas proporciona una herramienta prometedora para la producción de N-glicanos a partir de sustratos ricos en glicoproteínas como el calostro bovino13,14.
Varios métodos de desglicosilación desarrollados química y enzimáticamente han sido ampliamente utilizados para obtener N-glicanos y O-glicanos a partir de glicoproteínas 2,15. Los métodos químicos son ampliamente utilizados en glicobiología para la desglicosilación de glicoproteínas debido a su facilidad de uso, bajo costo y alta especificidad del sustrato16. Los métodos de desglicosilación química más comunes son la eliminación β y la hidratación17. Entre estos métodos, la eliminación de β se basa en el principio de escisión de los glicanos de las glicoproteínas mediante la exposición de las glicoproteínas a condiciones alcalinas. Los glicanos liberados pueden degradarse durante el proceso debido a las reacciones de β-eliminación, pero este problema puede prevenirse utilizando agentes reductores como el borohidruro de sodio (NaBH4)18,19,20. Existen diferentes limitaciones en el método de eliminación β. Los agentes reductores convierten los glicanos en alditoles, evitando que se unan a un fluoróforo o cromóforo. Por lo tanto, el desafío de monitorear la liberación de glicanos se vuelve difícil19,20. Debido al alto contenido de sal en la etapa de limpieza del método, la elución puede resultar en pérdidas de muestras20. Otro método para liberar glicano de las glicoproteínas es el método de la hidracina basado en el principio de la reacción de hidrólisis tras la adición de hidracina anhidra a la glicoproteína. Dado que permite controlar el aislamiento de glicanos mediante el cambio de las condiciones de reacción, como la temperatura, el método de hidrazinación ha sido ampliamente utilizado en glicobiología21. La desglicosilación química también puede llevarse a cabo utilizando la formulación anhidra de fluoruro de hidrógeno y ácido trifluoroacético, además de otros métodos de desglicosilación química 16,22,23. La liberación enzimática de N-glicanos a partir de glicoproteínas es comúnmente realizada por peptidil-N-glicosidasas (PNGasas) que generalmente liberan N-glicanos, independientemente de su tamaño y carga 24,25,26,27. Al igual que los métodos de desglicosilación química, el proceso de desglicosilación enzimática tiene diferentes desafíos. Las PNGasas muestran actividad en presencia de varios detergentes utilizados, lo que aumenta la accesibilidad de la enzima a los glicanos. Sin embargo, estos tratamientos severos podrían alterar los glicanos nativos y las estructuras polipeptídicas restantes28. Es posible que las PNGasas no escindan los glicanos cuando hay una fucosa unida a la N-acetilglucosamina29. Varias endoglicosidasas como F1, F2 y F3 muestran más actividad en las proteínas nativas que las PNGasas. Estas endoglicosidasas tienen baja actividad en los glicanos de antenas múltiples, mientras que el nuevo EndoBI-1 resistente al calor es eficaz en todos los tipos de N-glicanos 10,11,28. Con respecto a las limitaciones de los métodos actuales, es obvio que aún se requieren nuevas enzimas para una liberación efectiva de glicanos sin ninguna restricción. Para este propósito, las especies de bifidobacterias, que tienen una gran isla genómica que codifica varias enzimas glucósidos hidrolasas, permiten escindir los N-glicanos de las glicoproteínas 30,31. En este contexto, el objetivo general de este estudio es descubrir nuevas glicosidasas de las distintas especies de bifidobacterias. Para producir de forma recombinante estas enzimas, se utilizan diferentes etiquetas de fusión para mejorar su producción, así como su actividad.