Dehalogenierung halogenierter Benzoesäuren in Denitrifizierern
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Wichtigste Ergebnisse: Der komplette anaerobe Abbau von ortho-, meta-, und para-substituierten Aromaten wurde in denitrifizierenden Thauera-Stämmen aufgeklärt. Dabei wurden zuvor noch nicht bekannte anaerobe Abbauleistungen von halogenierten Aromaten identifiziert (z.B. halogenierte Toluole). - Die Dehalogenierungsreaktion wird immer durch promiskuitive Enzyme des anaeroben Benzoyl-CoA-Abbauwegs durchgeführt. Beim Abbau chlorierter und bromierter Benzoate sind spezifische Chlor-/Brom-Benzoat-CoA-Ligasen beteiligt. Spezifische 3-/4-Chlorbenzoat-CoA Ligasen wurden isoliert und charakterisiert. - Der komplette Abbau von halogenierten Aromaten erfolgt über 2-F-, 4-F-, 3-Cl-, 4-Cl, 3-Br-Benzoyl-CoA-Zwischenprodukten zu CO2 und HCl. Ein Abbau über 2-Cl-, und 3-F-Benzoyl-CoA ist nicht möglich, da Benzoyl-CoA Reduktasen oder andere Enzyme des Benzoyl-CoA Abbauwegs diese aus mechanistischen Gründen nicht dehalogenieren können. - Als zuvor unbekannte dehalogenierenden Enzyme wurden promiskuitive ATP-abhängige Benzoyl-CoA Reduktasen, Enoyl-CoA Hydratasen und Hydrolasen identifiziert. - ATP-abhängige Klasse I Benzoyl-CoA Reduktasen reduzieren halogenierte Sbstratanaloga zu den jeweiligen halogenierten zyklischen Dienen, welche dann entweder unter Eliminierung (3-Cl/3-Br-benzoyl-CoA) oder nukleophiler aromatischer Subsitution (4-F-/4-Cl-/4-Br-Benzoyl-CoA) das Halogen als Halid abspalten. 3-F-Benzoyl-CoA wird zu einem 3-F-dienoyl-CoA ‘Dead-end’-Produkt umgesetzt. - Ortho-substituierte Aromaten werden von Benzoyl-CoA Reduktasen zu stabilen orthosubstituierten zyklischen Dienoyl-CoA-Zwischenprodukten umgesetzt. Die Dehalogenierung von ortho-substituierten Dienoyl-CoA-Zwischenprodukten erfolgt dann später über promiskuitive Enoyl-CoA Hydratasen/Hydrolasen des Benzoyl-CoA-Abbauwegs. Durch Hydratisierung einer eines halogenierten sp2-Kohlenstoffatoms wird eine Halogenhydrin gebildet, welches spontan unter Abspaltung des Halids zu einem Keton reagiert. - Das Genom von Thauera chlorobenzoica, welcher in der Lage ist eine Vielzahl von halogenierten Aromaten komplett abzubauen wurde komplett sequenziert. Eine differentielle Proteomanalyse identifizierte eine spezifische 4-Cl-Benzoat-CoA-Ligase, die essentiell für den anaeroben Abbau von 4-Cl-Benzoat ist.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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2011. Combined Application of PCR-Based Functional Assays for the Detection of Aromatic-Compound-Degrading Anaerobes. Appl Environ Microbiol 77: 5056-61
Kuntze K, Vogt C, Richnow HH, Boll M
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2011. Enzymes involved in the anaerobic degradation of meta-substituted halobenzoates. Mol Microbiol 82: 758-69
Kuntze K, Kiefer P, Baumann S, Seifert J, von Bergen M, Vorholt JA, Boll M
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(2014) Anaerobic degradation of homocyclic aromatic compounds via arylcarboxyl-coenzyme A esters: organisms, strategies and key enzymes. Environ Microbiol 16, 612-27
Boll, M., Löffler, C., Morris, B.E. and Kung J.W.
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2016. ATP-Dependent C-F Bond Cleavage Allows the Complete Degradation of 4-Fluoroaromatics without Oxygen. MBio 7(4). pii: e00990-16
Tiedt O, Mergelsberg M, Boll K, Müller M, Adrian L, Jehmlich N, von Bergen M, Boll M
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2017. Promiscuous defluorinating enoyl-CoA hydratases/hydrolases allow for complete anaerobic degradation of 2-fluorobenzoate. Front Microbiol: 8: 2579
Tiedt, O, Mergelsberg M, Eisenreich W, Boll M
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2018. A catalytically versatile benzoyl-CoA reductase, key enzyme in the degradation of methyl- and halobenzoates in denitrifying bacteria. J Biol Chem 293:10264-10274
Tiedt O, Fuchs J, Eisenreich W, Boll M
