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Il glicogeno è un polisaccaride altamente ramificato costituito da residui glucosilici e anche da una piccola ma significativa quantità di proteine, in cui tutti i residui glucosilici sono legati tra loro tramite legami α-1,4-glicosidici in catene lineari e legami α-1,6-glicosidici nei punti di ramificazione1. La struttura delle particelle di glicogeno è generalmente divisa in tre gerarchie: 1) oligomeri a catena corta, 2) particelle di β sferiche (~20 nm di diametro) e 3) grandi particelle di α a forma di rosetta aggregate insieme da particelle β, il cui diametro varia all'incirca fino a 300 nm. Recentemente, è stato scoperto che le particelle di glicogeno α hanno due stati strutturali negli eucarioti, cioè uno stato fragile e uno stato stabile. Qui, fragilità significa la dissociazione di particelle di α più grandi in particelle di β più piccole in presenza di un agente caotropico come il DMSO2. Ulteriori analisi hanno scoperto che le particelle di glicogeno α nel fegato diabetico sono costantemente fragili3 e le particelle fragili α si degradano molto più velocemente delle particelle di α stabili4. Pertanto, la fragilità strutturale del glicogeno può esacerbare le condizioni iperglicemiche nel diabete 2,4, il che rende la fragile α-particella un potenziale biomarcatore patologico del diabete a livello molecolare. Tuttavia, l'esistenza di particelle di glicogeno α nei procarioti è riportata solo sporadicamente5 e non vi è alcuna segnalazione dei due diversi stati strutturali del glicogeno α particelle nei batteri.
Per comprendere le funzioni fisiologiche delle particelle di glicogeno batterico, è essenziale determinare la struttura fine delle molecole di glicogeno, che richiede l'isolamento del glicogeno con la massima resa e la minima degradazione1. Finora, sono state sviluppate varie tecniche per l'estrazione del glicogeno, tra cui, a titolo esemplificativo ma non esaustivo, l'estrazione con acqua calda, l'estrazione con acido tricloroacetico (TCA) e l'estrazione alcalina calda (idrossido di potassio, KOH)6. Inoltre, un altro metodo comunemente usato per l'isolamento del glicogeno eucariotico, il metodo dell'ultracentrifugazione a gradiente di densità di zucchero (SDGU), è stato riportato anche per l'isolamento del glicogeno batterico in Selenomonas ruminantium e Fibrobacter succinogenes 7,8. Sebbene i pro e i contro di questi metodi siano stati ampiamente discussi negli studi eucariotici 9,10, raramente ci sono studi comparativi delle strutture fini del glicogeno isolate tramite diversi metodi di estrazione nei batteri dal punto di vista delle strutture delle particelle di glicogeno.
In questo studio, questo problema è stato affrontato utilizzando Escherichia coli BL21(DE3) come organismo modello. Sono stati confrontati un totale di quattro metodi di estrazione del glicogeno, vale a dire l'estrazione con acqua calda precipitata con TCA (TCA-HW), l'estrazione con acqua fredda precipitata con TCA (TCA-CW), l'estrazione con soluzione calda KOH al 30% (KOH-HW) e l'estrazione con acqua fredda mediante ultracentrifugazione a gradiente di densità di saccarosio (SDGU-CW). La distribuzione granulometrica del glicogeno è stata quindi misurata tramite cromatografia ad esclusione dimensionale (SEC), mentre la distribuzione della lunghezza della catena è stata rilevata tramite elettroforesi dei carboidrati assistita da fluorofori (FACE), entrambe utilizzate per valutare la qualità dei metodi di estrazione. Inoltre, la stabilità e la fragilità delle particelle di glicogeno batterico α sono state confrontate tra i vari metodi di estrazione, confrontando la distribuzione granulometrica delle particelle prima e dopo il trattamento con l'agente caotropico comunemente usato, il dimetilsolfossido (DMSO). Di seguito sono presentate le procedure dettagliate per l'estrazione del glicogeno e la caratterizzazione strutturale. In sintesi, il metodo SDGU-CW ha il miglior effetto complessivo in termini di integrità strutturale del glicogeno ed è, pertanto, raccomandato per l'estrazione del glicogeno batterico in futuri studi pertinenti.