The lipopolysaccharide of brucella abortus BVRS/BVRR mutants contains lipid a modifications and has higher affinity for bactericidal cationic peptides

Abstract

The two-component BvrS/BvrR system is essential for Brucella abortus virulence. It was shown previously that its dysfunction abrogates expression of some major outer membrane proteins and increases bactericidal peptide sensitivity. Here, we report that BvrS/BvrR mutants have increased surface hydrophobicity and susceptibility to killing by nonimmune serum. The bvrS and bvrR mutant lipopolysaccharides (LPSs) bound more polymyxin B, chimeras constructed with bvrS mutant cells and parental LPS showed augmented polymyxin B resistance, and, conversely, parental cells and bvrS mutant LPS chimeras were more sensitive and displayed polymyxin B-characteristic outer membrane lesions, implicating LPS as being responsible for the phenotype of the BvrS/BvrR mutants. No qualitative or quantitative changes were detected in other envelope and outer membrane components examined: periplasmic (1-2) glucans, native hapten polysaccharide, and phospholipids. The LPS of the mutants was similar to parental LPS in O-polysaccharide polymerization and fine structure but showed both increased underacylated lipid A species and higher acyl-chain fluidity that correlated with polymyxin B binding. These lipid A changes did not alter LPS cytokine induction, showing that in contrast to other gram-negative pathogens, recognition by innate immune receptors is not decreased by these changes in LPS structure. Transcription of Brucella genes required for incorporating long acyl chains into lipid A (acpXL and lpxXL) or implicated in lipid A acylation control (bacA) was not affected. We propose that in Brucella the outer membrane homeostasis depends on the functioning of BvrS/BvrR. Accordingly, disruption of BvrS/BvrR damages the outer membrane, thus contributing to the severe attenuation manifested by bvrS and bvrR mutants.

El sistema de dos componentes BvrS/BvrR es esencial para la virulencia de Brucella abortus. Se demostró previamente que su disfunción anula la expresión de algunas proteínas principales de la membrana externa y aumenta la sensibilidad a los péptidos bactericidas. En este trabajo, informamos que los mutantes BvrS/BvrR presentan mayor hidrofobicidad superficial y susceptibilidad a la eliminación por suero no inmune. Los lipopolisacáridos (LPS) de los mutantes bvrS y bvrR se unieron a mayor polimixina B; las quimeras construidas con células mutantes bvrS y LPS parentales mostraron una mayor resistencia a la polimixina B; por el contrario, las células parentales y las quimeras de LPS de los mutantes bvrS fueron más sensibles y mostraron lesiones en la membrana externa características de la polimixina B, lo que implica que el LPS es responsable del fenotipo de los mutantes BvrS/BvrR. No se detectaron cambios cualitativos ni cuantitativos en otros componentes de la envoltura y la membrana externa examinados: glucanos periplásmicos (1-2), polisacárido hapténico nativo y fosfolípidos. El LPS de los mutantes fue similar al LPS parental en cuanto a la polimerización del O-polisacárido y la estructura fina, pero mostró un aumento de las especies de lípido A subacilado y una mayor fluidez de la cadena acilo, lo que se correlacionó con la unión a la polimixina B. Estos cambios en el lípido A no alteraron la inducción de citocinas por LPS, lo que demuestra que, a diferencia de otros patógenos gramnegativos, el reconocimiento por los receptores inmunitarios innatos no se ve disminuido por estos cambios en la estructura del LPS. La transcripción de los genes de Brucella necesarios para la incorporación de largas cadenas acilo al lípido A (acpXL y lpxXL) o implicados en el control de la acilación del lípido A (bacA) no se vio afectada. Proponemos que en Brucella la homeostasis de la membrana externa depende del funcionamiento de BvrS/BvrR. En consecuencia, la alteración de BvrS/BvrR daña la membrana externa, lo que contribuye a la grave atenuación que manifiestan los mutantes bvrS y bvrR.