Lipopolysaccharide (LPS), ook bekend als endotoxine, vormt het buitenste blad van de buitenmembraan van gramnegatieve bacteriën, waar het fungeert als zowel een permeabiliteitsbarrière als een krachtige activator van het immuunsysteem van de gastheer. Het speelt een centrale rol in de bacteriële fysiologie en pathogeniteit en vertegenwoordigt een belangrijk structureel en functioneel onderdeel van de celomhulling, naast andere bestanddelen van de bacteriële celwand zoals peptidoglycaan. LPS is daarom van groot belang in de microbiologie, immunologie en biomedisch onderzoek.
Moleculaire structuur
LPS bestaat uit drie covalent verbonden domeinen: lipide A, het kernoligosacharide en het O-antigeen-polysacharide. Lipide A vormt het hydrofobe membraananker en is verantwoordelijk voor het grootste deel van de endotoxische activiteit. Het bestaat uit een β-1,6-verbonden D-glucosamine-disacharide gefosforyleerd op de posities 1 en 4′ en geacyld met zes tot zeven vetzuurketens, typisch C12–C16 gehydroxyleerde ketens zoals β-hydroxymyristaat, die amfifatische eigenschappen verlenen.
Het kernoligosacharide is via één tot vier resten van 3-deoxy-D-manno-oct-2-ulozonzuur (Kdo) aan lipide A gekoppeld en bevat een geconserveerd binnenste gebied verrijkt met heptoses en fosfaten, gevolgd door een variabeler buitenste gebied dat voornamelijk uit hexoses en aanvullende substituenten zoals ethanolamine bestaat. Het distale O-antigeen bestaat uit 20 tot 100 herhalende oligosacharide-eenheden, met sequenties die variëren tussen bacteriële stammen, waardoor de serotypespecificiteit wordt bepaald.
Fysicochemische en biologische eigenschappen
LPS vertoont sterk amfifatisch gedrag en vormt gemakkelijk micellen in waterige oplossingen, met een kritische micelconcentratie in het bereik van ongeveer 1–10 ng/mL. Het is thermisch stabiel en zeer resistent tegen proteolytische en lipolytische afbraak. Structurele heterogeniteit is gebruikelijk en ontstaat uit fase-variabele chemische modificaties, zoals de toevoeging van fosfoethanolaminegroepen, die de oppervlaktelading veranderen en de weerstand tegen afweermechanismen van de gastheer moduleren.
Op basis van de aanwezigheid en lengte van het O-antigeen worden LPS-moleculen geclassificeerd in gladde (S-vorm, volledig O-antigeen), ruwe (R-vorm, verkort of afwezig O-antigeen met blootliggende kern) en semi-ruwe (Sr-vorm) varianten. Deze structurele verschillen beïnvloeden sterk de bacteriële virulentie, serumweerstand en interacties met het immuunsysteem van de gastheer.
