Pel is a GalNAc-rich bacterial polysaccharide that contributes to the structure and function of Pseudomonas aeruginosa biofilms. The pelABCDEFG operon is highly conserved among diverse bacterial species, and Pel may therefore be a widespread biofilm determinant. Previous annotation of pel gene clusters has helped us identify an additional gene, pelX, that is present adjacent to pelABCDEFG in >100 different bacterial species. The pelX gene is predicted to encode a member of the short-chain dehydrogenase/reductase (SDR) superfamily, but its potential role in Pel-dependent biofilm formation is unknown. Herein, we have used Pseudomonas protegens Pf-5 as a model to elucidate PelX function as Pseudomonas aeruginosa lacks a pelX homologue in its pel gene cluster. We found that P. protegens forms Pel-dependent biofilms; however, despite expression of pelX under these conditions, biofilm formation was unaffected in a ΔpelX strain. This observation led us to identify a pelX paralogue, PFL_5533, which we designate here PgnE, that appears to be functionally redundant to pelX. In line with this, a ΔpelX ΔpgnE double mutant was substantially impaired in its ability to form Pel-dependent biofilms. To understand the molecular basis for this observation, we determined the structure of PelX to 2.1 Å resolution. The structure revealed that PelX resembles UDP-GlcNAc C4-epimerases. Using 1H NMR analysis, we show that PelX catalyzes the epimerization between UDP-GlcNAc and UDP-GalNAc. Our results indicate that Pel-dependent biofilm formation requires a UDP-GlcNAc C4-epimerase that generates the UDP-GalNAc precursors required by the Pel synthase machinery for polymer production.

中文翻译：

---

PelX 是一种 UDP-N-乙酰氨基葡萄糖 C4-差向异构酶，参与 Pel 多糖依赖性生物膜的形成。


Pel 是一种富含 GalNAc 的细菌多糖，有助于铜绿假单胞菌生物膜的结构和功能。 pelABCDEFG 操纵子在不同细菌物种中高度保守，因此 Pel 可能是广泛存在的生物膜决定因素。之前对 pel 基因簇的注释帮助我们识别了另一个基因 pelX，该基因在超过 100 种不同的细菌物种中与 pelABCDEFG 相邻。 pelX 基因预计编码短链脱氢酶/还原酶 (SDR) 超家族的成员，但其在 Pel 依赖性生物膜形成中的潜在作用尚不清楚。在此，我们使用保护假单胞菌 Pf-5 作为模型来阐明 PelX 功能，因为铜绿假单胞菌在其 pel 基因簇中缺乏 pelX 同源物。我们发现 P. protegens 形成 Pel 依赖性生物膜；然而，尽管在这些条件下表达了 pelX，但 ΔpelX 菌株中的生物膜形成并未受到影响。这一观察结果使我们识别出 pelX 旁系同源物 PFL_5533，我们在此将其指定为 PgnE，它似乎在功能上对 pelX 来说是冗余的。与此相符，ΔpelX ΔpgnE 双突变体形成 Pel 依赖性生物膜的能力受到严重损害。为了了解这一观察结果的分子基础，我们以 2.1 Å 的分辨率确定了 PelX 的结构。结构表明 PelX 类似于 UDP-GlcNAc C4-差向异构酶。使用 1H NMR 分析，我们表明 PelX 催化 UDP-GlcNAc 和 UDP-GalNAc 之间的差向异构化。我们的结果表明，Pel 依赖性生物膜的形成需要 UDP-GlcNAc C4-差向异构酶，该酶可生成 Pel 合酶机器用于聚合物生产所需的 UDP-GalNAc 前体。