Pseudomonas aeruginosa jest bakterią środowiskową i oportunistycznym patogenem, który budzi duże obawy ze względu na wytwarzanie cech związanych ze zjadliwością i wysoką odporność na antybiotyki1,2. Charakterystycznym metabolitem wtórnym wytwarzanym przez tę bakterię jest biosurfaktant RL, który jest wytwarzany w sposób skoordynowany z kilkoma cechami związanymi ze zjadliwością, takimi jak piocyjanina fenazynowa, antybiotyk o aktywności redoks i elastaza proteaza3. Właściwości tensjoaktywne i emulgujące RL zostały wykorzystane w różnych zastosowaniach przemysłowych i są obecnie skomercjalizowane4.
Większość szczepów P. aeruginosa, należących do filogrup 1 i 2, wytwarza dwa typy RL: mRL, który składa się z jednej grupy ramnozy połączonej z dimerem kwasu tłuszczowego głównie o 10 atomach węgla, oraz dRL, który zawiera dodatkowe ugrupowanie ramnozy połączone z pierwszym rhamnozą4 (zobacz Rysunek 1). Doniesiono jednak, że dwie pomniejsze filogrupy P. aeruginosa (grupy 3 i 5) wytwarzają tylko mRL5,6. Te dwa typy RL zawierają mieszaninę dimerów kwasów tłuszczowych, które, jak wspomniano, są głównie C10-C10, ale wytwarzane są również mniejsze proporcje cząsteczek zawierających dimery C12-C10, C12-C12 i C10-C12:1. Opisano charakterystykę kongenerów RL wytwarzanych przez różne szczepy przy użyciu HPLC MS/MS: 7,8. Metody opisane w tej pracy mogą jedynie rozróżnić mRL i dRL, ale nie mogą być stosowane do charakterystyki kongenerów RL.
P. aeruginosa i niektóre gatunki Burkholderia są naturalnymi producentami RL9, ale ta pierwsza bakteria jest najbardziej wydajnym producentem. Jednak komercyjnie stosowany RL jest obecnie wytwarzany w pochodnych Pseudomonas putida KT2440 eksprymujących geny P. aeruginosa, aby uniknąć stosowania tego oportunistycznego patogenu10,11. Wykrywanie i oznaczanie ilościowe RL wytwarzanego przez P. aeruginosa ma ogromne znaczenie dla badania mechanizmów molekularnych zaangażowanych w ekspresję cech związanych ze zjadliwością12, w charakterystyce szczepów należących do kladów 3 lub 513, oraz dla konstruowania pochodnych P. aeruginosa, które nadprodukują te biosurfaktanty, jednocześnie zmniejszając zjadliwość14. Wytwarzanie biosurfaktantów przez różne mikroorganizmy zostało wykryte na podstawie pewnych ogólnych cech tych związków, takich jak metoda zapadania się lub indeks emulgacji15, ale metody te nie są ani dokładne, ani specyficzne16.
Tutaj opisujemy protokół wykrywania mRL i dRL za pomocą płynnej ekstrakcji całkowitego RL z supernatantów kulturowych różnych szczepów typu P. aeruginosa i separacji obu typów RL za pomocą TLC. W tej metodzie RL wyekstrahowany z supernatantu hodowli jest rozdzielany przez ich różnicową rozpuszczalność w rozpuszczalnikach stosowanych do TLC, powodując różnicową migrację na płytce żelu krzemionkowego. W związku z tym mRL mają szybszą migrację niż dRL i można je wykryć jako oddzielne miejsca, gdy płytki są suszone i barwione α-naftolem.
Opisana tutaj metoda wykrywania mRL i dRL przez TLC opiera się na wcześniej opublikowanym artykule17, który jest łatwy do wykonania i nie wymaga drogiego sprzętu. Ta metoda była przydatna do wykrywania RL w różnych izolatach P. aeruginosa13 przy użyciu odpowiednich kontroli, takich jak mutant pochodzący z P. aeruginosa, który nie jest w stanie wytworzyć RL. Nie jest to jednak preferowana metoda charakteryzowania nowych biosurfaktantów wytwarzanych przez bakterie inne niż Pseudomonas aeruginosa ze względu na brak swoistości.
Dodatkowo, przedstawiono metodę ilościowego oznaczania ekwiwalentów ramnozy całkowitego RL wyekstrahowanego z supernatantu kultury P. aeruginosa. Metoda ta określa ilościowo te biosurfaktanty w oparciu o reakcję orcyny z cukrami redukcyjnymi, w wyniku czego otrzymujemy produkt, który można zmierzyć spektrofotometrycznie przy długości fali 421 nm, jak opisano wcześniej18. Ponieważ reakcja z orcynolem nie jest specyficzna dla ramnozy, ważne jest, aby przeprowadzić tę metodę z RL wyekstrahowanym z supernatantu hodowli, który nie zawiera znacznych ilości innych cząsteczek zawierających cukier, takich jak lipopolisacharydy (LPS). Zakwaszona mieszanina chloroformu/metanolu jest tutaj używana do płynnej ekstrakcji RL18, ale można również użyć octanu etylu, a ekstrakcja do fazy stałej (SPE) daje bardzo dobre wyniki19. Opisana tutaj metoda orcynowa nie wymaga wyrafinowanego sprzętu i może zapewnić wiarygodne wyniki, jeśli zostanie wykonana ze szczególną starannością w przygotowaniu analizowanych próbek, jak wspomniano. Aby zapewnić prawidłowe przygotowanie próbki, ważne jest, aby uwzględnić mutanta Pseudomonas aeruginosa rhlA, który nie jest w stanie wytworzyć RL20 oraz wykonać trzy powtórzenia biologiczne i trzy techniczne dla każdego oznaczenia.
W literaturze pojawiły się znaczące kontrowersje16,21dotyczące oznaczania RL metodą orcinolu, przy czym niektóre badania sugerują, że produkcja RL jest przeszacowana i że test nie ma specyficzności dla ramnozy, potencjalnie wykrywając inne cukry. Pokazujemy jednak tutaj, że opisane metody mogą być dokładne i specyficzne w odpowiednich warunkach. Ponadto, w celu porównania z procedurami opisanymi w tym artykule, wykorzystujemy detekcję UPLC-MS/MS wzorca dRL i wykazujemy, że podobne wyniki uzyskuje się metodą orcinol. Szczegółowy protokół ilościowego oznaczania RL przy użyciu tej metody znajduje się w pliku uzupełniającym 1.
Te protokoły są zilustrowane przy użyciu szczepów typu PAO1 (filogrupa 1), PA14 (filogrupa 2) i PA7 (filogrupa 3). Szczepy te zostały wybrane, ponieważ są dobrze scharakteryzowane i wytwarzają różne profile RL.