Schwefeltransferasen als essentielle Komponenten der dissimilatorischen Schwefeloxidation

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Christiane Dahl
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 184061176

Persulfidgruppen sind chemisch vielseitig und von eminenter Bedeutung für eine große Vielzahl biochemischer Wege. Während bereits sehr gut dokumentiert ist, dass persulfurierte Proteine eine Reihe von wichtigen und komplexen biosynthetischen Wegen mit Sulfanschwefel versorgen, konzentriert sich dieses Projekt auf die Rolle, die spezifische Schwefeltransfer-Reaktion im Rahmen des oxidativen Schwefelstoffwechsels spielen. Wir haben bereits eine Menge Informationen über das ausgedehnte Netzwerk von Schwefeltransfers gesammelt, das eine essentielle Rolle in den Bakterien spielt, die den Dsr (dissimilatorische Sulfitreduktase)-Weg der Schwefeloxidation verfolgen. Außerdem haben wir biochemische und bioinformatische Belege dafür, dass das sogenannte Heterodisulfidreduktase (Hdr)-ähnliche System ein in schwefeloxidierenden Prokaryonten weit verbreitetes alternatives Enzymsystem zur Bildung von Sulfit darstellt. Auch hier spielt der Transfer von Schwefelatomen von einem Protein zum anderen eine herausragende Rolle. Damit sind Ketten von Schwefeltransfer-Reaktionen sicher als zentrale und gemeinsame Elemente unterschiedlicher Wege der Schwefeloxidation etabliert. Das vorliegende Projekt soll zwei zentrale Fragen beantworten: (1.) Wie sieht die exakte Abfolge von Reaktionen während der proteingebundenen Oxidation von Schwefel über den Dsr-Weg aus? (2.) Stellt das Hdr-ähnliche System tatsächlich ein neues sulfitbildendes Enzymsystem dar und welche spezielle Rolle spielt der Transfer von Schwefel im Rahmen dieses Stoffwechselwegs? Biochemische Charakterisierung von Proteinen (Rekonstitution von Enzymsystemen in vitro, Identifizierung von Substraten und Produkten), Protein-Interaktionsstudien und vergleichende Untersuchungen zur Genexpression sollen mit der Inaktivierung und Komplementation von Genen (Wachstumsexperimente mit Wildtyp-Stämmen sowie Stämmen mit definierten Mutationen und komplementierten Mutanten) sowie mit molekulargenetischen Techniken kombiniert werden, um diese Fragen zu beantworten. Das genetisch manipulierbare Schwefelbakterium Allochromatium vinosum wird als Modellorganismus für die Untersuchung von Schwefeltransfer-Reaktionen und der Oxidation von proteingebundenem Schwefel über den Dsr-Weg dienen, während Thioalkalivibrio und Thiorhodospira Arten sowie das genetisch zugängliche Alphaproteobakterium Hyphomicrobium denitrificans verwendet werden, um die entsprechenden Mechanismen während der Schwefeloxidation über den Hdr-Weg aufzuklären. Schließlich werden unsere Ergebnisse dazu beitragen, die kompletten Netzwerke von Schwefeltransfer-Reaktionen in schwefeloxidierenden Prokaryonten offenzulegen, die Biochemie der Persulfidgruppe um neue Reaktionen und Proteine zu bereichern und einen neuen Weg der Schwefeloxidation aufzuklären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen