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El glucógeno es un polisacárido muy ramificado que consta de residuos de glucosilo y también de una cantidad pequeña pero significativa de proteínas, en el que todos los residuos de glucosilo están unidos entre sí a través de enlaces α-1,4-glicosídicos en cadenas lineales y enlaces α-1,6-glicosídicos en los puntos de ramificación1. La estructura de las partículas de glucógeno generalmente se divide en tres jerarquías: 1) oligómeros de cadena corta, 2) partículas de β esféricas (~ 20 nm de diámetro) y 3) partículas grandes de α en forma de roseta agregadas por β partículas, cuyo diámetro varía aproximadamente hasta 300 nm. Recientemente, se ha descubierto que las partículas de α glucógeno tienen dos estados estructurales en los eucariotas, es decir, un estado frágil y un estado estable. Aquí, la fragilidad significa la disociación de partículas de α más grandes en partículas β más pequeñas en presencia de un agente caótico como el DMSO2. Análisis posteriores encontraron que las partículas de α de glucógeno en el hígado diabético son consistentemente frágiles3 y las partículas de α frágiles se degradan mucho más rápido que las partículas de α estables4. Por lo tanto, la fragilidad estructural del glucógeno puede exacerbar las condiciones hiperglucémicas en la diabetes 2,4, lo que convierte a la partícula de α frágil en un potencial biomarcador patológico de la diabetes a nivel molecular. Sin embargo, la existencia de partículas de α de glucógeno en procariotas solo se reporta esporádicamente5, y no hay reporte de los dos estados estructurales diferentes de las partículas de α de glucógeno en las bacterias.
Para comprender las funciones fisiológicas de las partículas de glucógeno bacteriano, es esencial determinar la estructura fina de las moléculas de glucógeno, lo que requiere un aislamiento de glucógeno con el máximo rendimiento y la mínima degradación1. Hasta ahora, se han desarrollado varias técnicas para la extracción de glucógeno, que incluyen, entre otras, la extracción con agua caliente, la extracción con ácido tricloroacético (TCA) y la extracción con alcalinos calientes (hidróxido de potasio, KOH)6. Además, otro método que se usa comúnmente para el aislamiento de glucógeno eucariota, el método de ultracentrifugación en gradiente de densidad de azúcar (SDGU), también se reportó para el aislamiento de glucógeno bacteriano en Selenomonas ruminantium y Fibrobacter succinogenes 7,8. A pesar de que los pros y los contras de estos métodos han sido ampliamente discutidos en estudios eucariotas 9,10, rara vez existen estudios comparativos de estructuras finas de glucógeno aisladas mediante diferentes métodos de extracción en bacterias desde la perspectiva de las estructuras de las partículas de glucógeno.
En este estudio, este problema se ha abordado utilizando Escherichia coli BL21(DE3) como organismo modelo. Se compararon un total de cuatro métodos de extracción de glucógeno, a saber, la extracción con agua caliente precipitada con TCA (TCA-HW), la extracción con agua fría precipitada con TCA (TCA-WW), la extracción con solución caliente de KOH AL 30% (KOH-HW) y la extracción con agua fría mediante ultracentrifugación en gradiente de densidad de sacarosa (SDGU-CW). La distribución del tamaño de las partículas de glucógeno se midió mediante cromatografía de exclusión por tamaño (SEC), mientras que la distribución de la longitud de la cadena se detectó mediante electroforesis de carbohidratos asistida por fluoróforos (FACE), ambos utilizados para evaluar la calidad de los métodos de extracción. Además, también se comparó la estabilidad y fragilidad de las partículas de glucógeno bacteriano α entre los diversos métodos de extracción comparando la distribución del tamaño de las partículas antes y después del tratamiento con el agente caotrópico comúnmente utilizado, el dimetilsulfóxido (DMSO). A continuación se presentan los procedimientos detallados para la extracción de glucógeno y la caracterización estructural. En resumen, el método SDGU-CW tiene el mejor efecto general en términos de integridad estructural del glucógeno y, por lo tanto, se recomienda para la extracción de glucógeno bacteriano en futuros estudios relevantes.