Bioreaktor zur Anzucht von Mikroorganismen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Fermenteranlage wird genutzt, um homogene bakterielle Zellmasse für die biochemische und kristallographische Charakterisierung von Enzymen zu gewinnen. Die Gewinnung einheitlicher Zellmasse in großem Maßstab zur Präparation von rekombinanten oder nativen Proteinen trägt maßgeblich zur Reproduzierbarkeit von Aufreinigung und Kristallisation bei. Zudem reduziert die großvolumige Anzucht den Arbeits- und Zeitaufwand und beschleunigt so die Arbeiten erheblich. In der bisherigen Nutzungsperiode wurden insgesamt 20 verschiedene Zellchargen produziert, die in unterschiedlichen laufenden oder abgeschlossenen Projekten verwendet wurden. So wurde das Proteobacterium Aromatoleum aromaticum EbN1 unter anaeroben Bedingungen mit Ethylbenzol, Acetophenon und Ethylphenol angezogen. Aus der gewonnenen Zellmasse wurden zwei Schlüsselenzyme des anaeroben Abbaus dieser ökologisch bedeutenden aromatischen Lösemittel gereinigt und charakterisiert. Das erste Enzym, die Ethylbenzol Dehydrogenase (EbDH), wird derzeit in AG Heider biochemisch und enzymkatalytisch untersucht. Zudem besteht eine Kooperation mit der AG Szaleniec am Jerzy Haber Institut, Krakau, Polen, die sich u.a. mit der mathematischen Modellierung des Reaktionsmechanismus und einer möglichen Nutzung der EbDH und weiterer Enzyme des anaeroben Ethylbenzol- und Ethylphenol-Abbaus zur Gewinnung chiraler Alkohole beschäftigt. Eine Publikation zu diesem Enzym entstand auch aus der Kooperation mit der AG Bernhardt an der University of Queensland, Australien. Ein zweites Schlüsselenzym, die Acetophenon Carboxylase (Apc) wurde ebenfalls gereinigt und charakterisiert. In Kooperation mit der AG Ermler, MPI Frankfurt, wurde dieses Enzym kristallisiert und seine Struktur aufgeklärt. Weiterhin wurden der Wildtyp sowie Mutanten von A. aromaticum auf Phenylalanin und Phenylethylamin angezogen. In diesen Zellen wird ein neuartiges Wolfram-Enzym, eine Aldehyd-Oxidoreduktase, produziert, das derzeit im Schwerpunkt „Sulfur for Life“ (SPP1927) untersucht wird. Neben Betaproteobakterien (A. aromaticum, Thauera aromatica) wurden auch aerobe und anaerobe Kulturen verschiedener Gammaproteobakterien (E. coli, Shewanella) und Clostridien gezogen. Von E. coli wurden im wesentlichen einige Kulturen rekombinanter Zellen angezogen, aus denen verschiedene überproduzierte Enzyme gereinigt wurden. Shewanella kann unter sauerstoff-freien Bedingungen u.a. Hexadecanol umsetzen und wurde im Rahmen des Schwerpunktes „Biological Transformations of Hydrocarbons“ (SPP1319) untersucht. Zellen von C. tetanomorphum dienten zur Reinigung und Charakterisierung eines Natrium-translozierenden Proteinkomplexes (Kooperation mit der AG Vitt / AG Ermler, MPI Frankfurt). EnuR, ein Regulatorprotein des Ectoinmetabolismus in Ruegeria pomeroyi, wurde in E. coli überexprimiert und in der AG Bremer, Marburg, gereinigt und charakterisiert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2015) Electrocatalytic hydrocarbon hydroxylation by ethylbenzene dehydrogenase from Aromatoleum aromaticum. J. Phys. Chem. B 119, 3456-3463
Kalimuthu P., Heider J., Knack D. & Bernhardt P. V.
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(2015). Enzymes of anaerobic ethylbenzene and pethylphenol catabolism in ‘Aromatoleum aromaticum’: differentiation and differential induction. Arch. Microbiol.197, 1051-1062
E. Muhr, K. Schühle, L. Clermont et al.
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(2016) Activation of acetone and other simple ketones in anaerobic Bacteria. J Mol Microbiol Biotechnol. 26, 152-64
Heider J, Schühle K, Frey J, Schink B
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(2016) An indoleactate-CoA ligase and a phenylsuccinate CoA-transferase involved in anaerobic indoleacteate metabolism. Environ. Microbiol. 18, 3120-3132
Schühle K., Nies J. & Heider J.
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(2016) Ethylbenzene dehydrogenase and related molybdenum enzymes involved in oxygenindependent alkyl chain hydroxylation.J Mol Microbiol Biotechnol. 26, 45-62
Heider J, Szaleniec M, Sünwoldt K, Boll M
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(2017). A rare polyglycine type II-like helix motif in naturally occurring proteins. Proteins. 85, 2017-2023
E. Warkentin, S. Weidenweber, K. Schühle et al.
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(2017). Adaptations and loss-of-function mutation in the betaproteobacterium Aromatoleum aromaticum: recruitment of alternative enzymes for anaerobic phenylalanine degradation. J. Bacteriol. 199, e00383-17
G. Schmitt, F. Arndt, J. Kahnt, and J. Heider
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(2017). Feeding on compatible solutes: A substrateinduced pathway for the uptake and catabolism of ectoines and its genetic control by EnuR. Environ. Microbiol. 19, 926-946
A. Schulz, N. Stöveken, I.M. Binzen et al.
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(2017). Structure of the acetophenone carboxylase core complex: prototype of a new class of ATP-dependent carboxylases / hydrolases. Sci. Rep. 7, 39674
S. Weidenweber, K. Schühle, U. Demmer et al.
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(2017). Transcriptional regulation of ectoine catabolism in response to multiple metabolic and environmental cues. Environ. Microbiol. 19, 4599-4619
A. Schulz, L. Hermann, S.-A. Freibert et al.
