Erforschung des Kohlenhydratstoffwechsels in hyperthermophilen Archaeen: Neue Ansätze, Enzyme und Stoffwechselwege

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Markus Kaiser; Professorin Dr. Bettina Siebers
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Biochemie ; Biologische und Biomimetische Chemie ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 381206548

Die dritte Domäne des Lebens wird von den Archaeen gebildet. Diese verfügen über ungewöhnliche biologische Charakteristika wie z.B. einem Metabolismus, welcher sowohl Eigenschaften bakterieller als auch eukaryotischer Herkunft vereinigt, dabei aber auch über nur in Archaeen vorkommende Soffwechselwege und Enzyme verfügt. Aus biologischer und insbesondere biotechnologischer Sicht sind dabei (hyper)thermophile von besonderem Interesse, da diese optimal an extreme Umweltbedingungen (hohe Temperaturen, pH, etc.) angepasst sind und deren Enzymrepertoire somit eine interessante Quelle für die Auffindung neuer biotechnologisch-nutzbarer Enzyme darstellt (welche häufig dementsprechend auch als Extremozyme bezeichnet werden). Eine breitere Anwendung dieser Enzyme als auch ein tieferes Verständnis über den Aufbau ihres einzigartigen Metabolismus ist jedoch bisher aufgrund unzureichender Methoden zur systematischen Erforschung dieser Organismen kaum möglich. In dem vorliegenden Projekt beabsichtigen wir nun, neue methodische Ansätze zur Erforschung dieser Organismen zu entwickeln und anzuwenden. Dabei werden wir uns auf Glycosidhydrolasen bzw. auf den Kohlenhydrat-abbauenden Metabolismus fokussieren. Hierzu werden wir 1) das Aktivitäts-basierte Proteinprofiling (ABPP) als einen neuen Ansatz zur Untersuchung dieser Enzyme bzw. des Kohlenhydrat-Metabolismus in (hyper)thermophilen Archaeen etablieren, 2) ABPP in Verbindung mit Methoden wie z. B. Transkriptomik, (Meta)genomik und auch biochemischen Ansätzen verwenden, um Glycosidhydrolasen als auch die entsprechenden metabolischen Prozesse in drei ausgewählten Modellstämmen zu charakterisieren, 3) neue (hyper)thermophile Stämme mittels in situ-Anreicherungsverfahren isolieren und mit unserem Methodenrepertoire inklusive ABPP charakterisieren und 4) die direkte Anwendbarkeit von ABPP zum chemischen Profiling von aus der Umwelt isolierten Anreicherungskulturen evaluieren. Das vorgeschlagene Projekt setzt dabei eine tiefgehende wissenschaftliche Zusammenarbeit zwischen dem russischen und den deutschen Partnern voraus, da beide Seiten über komplementäre Expertisen und Ressourcen verfügen. Der russische Partner ist ein Experte auf dem Gebiet der Isolierung neuer (hyper)thermophiler Archaeen als auch ihrer Charakterisierung mit Methoden der (Meta)genomik bzw. Transkriptomik, währenddessen die deutschen Partner über die benötigte Expertise auf dem Gebiet der Biochemie bzw. ABPP und Proteomik verfügen. Das vorgeschlagene Projekt wird somit nicht nur zu einem vertieften Wissen auf den Gebieten der Archaeenbiologie, Biotechnologie bzw. ABPP beitragen, sondern auch die Basis für einen intensiven Wissensaustausch zwischen beiden Ländern legen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Mitverantwortlich: Dr. Ilya V. Kublanov, Ph.D.