GC-MS Gerät
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Bei dem GCxGC-TOFMS Gerät handelt es sich um ein Gaschromatographie-Massenspektrometrie Gerät, bei dem neben eindimensionalen GC-MS Applikationen auch eine zweidimensionale Trennung von Substanzgemischen möglich ist. Dies ist insbesondere für die Analyse von komplexen Substanzgemischen, wie sie in bakteriellen Zellextrakten vorliegen notwendig, um niedrig konzentrierte Stoffe, die von anderen Substanzen verdeckt werden zu detektieren und quantifizieren. Wichtige Voraussetzung dafür ist eine hohe Scanrate, die dieses Massenspektrometer erlaubt. Das Ziel unserer Arbeiten ist es, ein breites Verständnis der metabolischen Vorgänge in bakteriellen Zellen zu erlangen und dieses für die Erstellung von genomweiten metabolischen Modellen zu verwenden. Das GCxGC-MS Gerät wurde für eine Vielzahl von verschiedenen Projekten verwendet, von denen hier nur eine Auswahl wiedergegeben wird. Eines der Projekte umfasste die Hochdurchsatz-Metabolomanalyse einer Corynebacterium glutamicum Transponsonmutantenbank. Dabei haben insbesondere die kurze Laufzeit der einzelnen Proben sowie die automatisierte Derivatisierung mit dem Gerstel-Autosampler zu einer wesentlichen Beschleunigung und Qualität der Analysen beigetragen. Das Ziel des Projekts war die Integration von Metabolomdaten und genomischen Analysen, bei denen die Insertionsorte des Transposons in den Mutanten identifiziert wurden. Über einen Vergleich der metabolischen Profile bekannter Mutanten wurden dann Rückschlüsse auf die Funktion unbekannter Gene geschlossen. Ein weiteres Projekt befasste sich mit der Analyse der Zusammenhänge zwischen Metabolismus und Virulenz von Yersinia pseudotuberculosis. Das opportunistisch pathogene Bakterium verwendet komplexe Regulationsnetzwerke um sich unter Infektionsbedingungen an den Wirt anzupassen. Durch Integration von Transkriptom- und Metabolomdaten sollen diese Anpassungsmechanismen analysiert werden um Hinweise für eine effektive Behandlung zu finden. Das Gerät wurde zudem für eine Reihe von Metabolomanalysen von zwei Vertretern der Roseobacter Gruppe, einer im Meer weit verbreitete Gruppe von Bakterien, eingesetzt. Dabei galt es zum einen die in Phaeobacter inhibens DSM 17395 vorhandenen sehr vielfältigen Abbauwege für verschiedene Kohlenstoffquellen zu analysieren und zu identifizieren. Es wurden intrazelluläre wie auch extrazelluläre Analysen durchgeführt und die Ergebnisse mit umfassenden Proteomanalysen integriert, um bislang nicht annotierte Stoffwechselwege über die Anwesenheit der aktiven Enzyme und Intermediate zu belegen. Zum anderen wurde die Adaptation zwischen Licht und Dunkelbedingungen, zwischen aeroben und anaeroben Kultivierungsbedingungen sowie Nährstoffmangel bei Dinoroseobacter shibae analysiert. Neben den eindimensionalen Applikationen werden zudem bakterielle Zellextrakte mittels zweidimensionaler GC-MS analysiert. Ziel ist es hierbei, sehr gering konzentrierte Stoffe zu finden, die sich in eindimensionalen Analysen unter anderen Substanzen verbergen. Die Herausforderung bei diesem Ansatz ist die Auswertung der großen und komplexen Daten, um sicher Substanzen identifizieren und quantifizieren zu können. Neben dem Einsatz in der Forschung wurde das GCxGC-MS Gerät zudem in Master-Lehrveranstaltungen der Studiengänge Biologie und Biotechnologie an der TU Braunschweig eingesetzt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Crp induces switching of the CsrB and CsrC RNAs in Yersinia pseudotuberculosis and links nutritional status to virulence. Front Cell Infect Microbiol 2012, 2: 158
Heroven, Sest, Pisano, Scheb-Wetzel, Steinmann, Böhme, Klein, Münch, Schomburg, Dersch
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Human embryonic stem cells and embronal carcinoma cells have overlapping and distinct metabolic signatures. PlosOne 2012, Volume 7 (6) e39896
Abu Dawud, Schreiber, Schomburg, Adjaye
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Adaptation of Phaeobacter inhibens DSM 17395 to growth with complex nutrients. Proteomics 2013
Zech, Hensler, Koßmehl, Drüppel, Wöhlbrand, Trautwein, Hulsch, Maschmann, Colby, Schmidt, Reinhardt, Schmidt-Hohagen, Schomburg, Rabus
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Dynamics of amino acid utilization in Phaeobacter inhibens DSM 17395. Proteomics 2013
Zech, Hensler, Koßmehl, Drüppel, Wöhlbrand, Trautwein, Colby, Schmidt, Reinhardt, Schmidt-Hohagen, Schomburg, Rabus
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Pathways and substrate-specific regulation of amino acid degradation in Phaeobacter inhibens DSM 17395 (archetype of the marine Roseobacter clade). Environmental Microbiology 2013
Drüppel, Hensler, Trautwein, Koßmehl, Wöhlbrand, Schmidt-Hohagen, Ulbrich, Bergen, Kolthoff, Göker, Klenk, Schomburg, Rabus
