Lipopolisaccaride (LPS), noto anche come endotossina, forma il foglietto esterno della membrana esterna dei batteri Gram-negativi, dove funge sia da barriera di permeabilità che da potente attivatore del sistema immunitario dell'ospite. Svolge un ruolo centrale nella fisiologia e nella patogenicità batterica e rappresenta un componente strutturale e funzionale principale dell'involucro cellulare, insieme ad altri costituenti della parete cellulare batterica come il peptidoglicano. L'LPS è quindi di grande interesse in microbiologia, immunologia e ricerca biomedica.

Struttura molecolare

L'LPS è composto da tre domini legati covalentemente: lipide A, l'oligosaccaride centrale e il polisaccaride O-antigene. Il lipide A costituisce l'ancora idrofobica della membrana ed è responsabile della maggior parte dell'attività endotossica. Consiste in un disaccaride di D-glucosammina legato β-1,6, fosforilato nelle posizioni 1 e 4′ e acilato con sei-sette catene di acidi grassi, tipicamente catene idrossilate C12–C16 come β-idrossimiristato, che conferiscono proprietà anfipatiche.

L'oligosaccaride centrale è legato al lipide A tramite uno a quattro residui di acido 3-desossi-D-manno-oct-2-ulosonico (Kdo) e contiene una regione interna conservata arricchita di eptosi e fosfati, seguita da una regione esterna più variabile composta principalmente da esosi e sostituent aggiuntivi come etanolammina. L'O-antigene distale consiste in 20-100 unità ripetute di oligosaccaride, con sequenze che variano tra i ceppi batterici, determinando così la specificità del sierotipo.

Proprietà fisico-chimiche e biologiche

L'LPS mostra un forte comportamento anfipatico e forma facilmente micelle in soluzioni acquose, con una concentrazione micellare critica nell'intervallo di circa 1–10 ng/mL. È termicamente stabile e altamente resistente alla degradazione proteolitica e lipolitica. L'eterogeneità strutturale è comune e deriva da modificazioni chimiche variabili di fase, come l'aggiunta di gruppi fosfoetanolammina, che alterano la carica superficiale e modulano la resistenza ai meccanismi di difesa dell'ospite.

In base alla presenza e alla lunghezza dell'O-antigene, le molecole di LPS sono classificate in varianti lisce (forma S, O-antigene a lunghezza completa), ruvide (forma R, O-antigene troncato o assente con nucleo esposto) e semi-ruvide (forma Sr). Queste differenze strutturali influenzano fortemente la virulenza batterica, la resistenza al siero e le interazioni con il sistema immunitario dell'ospite.