Bacterial adhesion is a fundamental process which enables colonisation of niche environments and is key for infection. However, in Legionella pneumophila, the causative agent of Legionnaires9 disease, these processes are not well understood. The Legionella collagen-like protein (Lcl) is an extracellular peripheral membrane protein that recognises sulphated glycosaminoglycans (GAGs) on the surface of eukaryotic cells, but also stimulates bacterial aggregation in response to divalent cations. Here we report the crystal structure of the Lcl C-terminal domain (Lcl-CTD) and present a model for intact Lcl. Our data reveal that Lcl-CTD forms an unusual dynamic trimer arrangement with a positively charged external surface and a negatively charged solvent exposed internal cavity. Through Molecular Dynamics (MD) simulations, we show how the GAG chondroitin-4-sulphate associates with the Lcl-CTD surface via unique binding modes. Our findings show that Lcl homologs are present across both the Pseudomonadota and Fibrobacterota-Chlorobiota-Bacteroidota phyla and suggest that Lcl may represent a versatile carbohydrate binding mechanism.

Bacterial adhesion is a fundamental process which enables colonisation of niche environments and is key for infection. However, in Legionella pneumophila, the causative agent of Legionnaires' disease, these processes are not well understood. The Legionella collagen-like protein (Lcl) is an extracellular peripheral membrane protein that recognises sulphated glycosaminoglycans on the surface of eukaryotic cells, but also stimulates bacterial aggregation in response to divalent cations. Here we report the crystal structure of the Lcl C-terminal domain (Lcl-CTD) and present a model for intact Lcl. Our data reveal that Lcl-CTD forms an unusual trimer arrangement with a positively charged external surface and negatively charged solvent exposed internal cavity. Through molecular dynamics simulations, we show how the glycosaminoglycan chondroitin-4-sulphate associates with the Lcl-CTD surface via distinct binding modes. Our findings show that Lcl homologs are present across both the Pseudomonadota and Fibrobacterota-Chlorobiota-Bacteroidota phyla and suggest that Lcl may represent a versatile carbohydrate-binding mechanism.

Chitinases are important enzymes that contribute to the generation of carbon and nitrogen from chitin, a long chain polymer of N-acetylglucosamine that is abundant in insects, fungi, invertebrates and fish. Although mammals do not produce chitin, chitinases have been identified in bacteria that are key virulence factors in severe respiratory, gastrointestinal and urinary diseases. However, it is unclear how these enzymes are able to carry out this dual function. Legionella pneumophila is the causative agent of Legionnaires’ disease, an often-fatal pneumonia and its chitinase ChiA is essential for the survival of L. pneumophila in the lung. Here we report the first atomic resolution insight into the pathogenic mechanism of a bacterial chitinase. We derive an experimental model of intact ChiA and show how its N-terminal region targets ChiA to the bacterial surface after its secretion. We provide the first evidence that L. pneumophila can bind mucins on its surface but this is not dependent on chiA . This demonstrates that additional peripheral mucin binding proteins are also expressed in L. pneumophila . Finally, we show that the ChiA C-terminal chitinase domain has novel metal-dependent peptidase activity against mammalian mucins. These findings suggest that ChiA facilitates bacterial penetration of the alveolar mucosa and ChiA may be a promising target for vaccine development.