Form III RubisCO in autotrophe CO2-Assimilierung in Bacteria und Archaea

• Antragsteller: Professor Dr. Ivan A. Berg
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 289424620

Das gleichzeitige Auftreten von zwei verschiedenen autotrophen CO2-Fixierungswegen in einem Organismus wurde für verschiedene Organismen vorgeschlagen aber nie zweifelsfrei bestätigt. In den meisten Fälle wird die Koexistenz des reduktiven Citratzyklus und des Calvin-Benson-Zyklus diskutiert. In diesem Projekt wird das Bakterium Ammonifex degensii untersucht, wessen Genom Gene sowohl für den Wood-Ljungdahl-Weg als auch für den Calvin-Benson-Zyklus besitzt. In der ersten Förderperiode haben wir gezeigt, dass A. degensii seinen Stoffwechsel in Abhängigkeit vom H2-Partialdruck bzw. H2-Redoxpotential reguliert, wobei die Fähigkeit zur Reduktion von Ferredoxin die entscheidende Rolle spielt. Bei Wachstum unter hohen H2 Partialdruck, bei dem Ferredoxin-Reduktion begünstigt wird, verwendet A. degensii den Ferredoxin-abhängigen Wood-Ljungdahl-Weg. Im Gegensatz dazu ist dieses Bakterium unter niedrigem H2-Partialdruck auf den weniger effizienten aber Ferredoxin-unabhängigen Calvin-Benson-Zyklus angewiesen. Interessanterweise zeigen unsere vorläufigen Daten, dass der Calvin-Benson-Zyklus in A. degensii modifiziert ist, indem die Transaldolase-Reaktion zur Bildung von Sedoheptulose-7-Phosphat verwendet wird, anstatt Sedoheptulose-1,7-Bisphosphat-Aldolase und Sedoheptulose-1,7-Bisphosphat-Phosphatase-Reaktionen. Darüber hinaus wurde es vorgeschlagen, dass RubisCO in einem neuartigen CO2-Fixierungsweg in unkultivierten heterotrophen Thaumarchaeota und im Nukleosidabbauweg in Bakterien aus dem candidate phyla radiation funktioniert. Diese Hypothesen basieren rein auf bioinformatischen Analysen. Allerdings sind biochemische Studien erforderlich, um diese Vorschläge zu überprüfen. In diesem Fortsetzungsantrag wollen wir Faktoren untersuchen, die die Nutzung unterschiedlicher CO2-Fixierungswege in A. degensii und sulfatreduzierenden Archaeen bestimmen. Außerdem wollen wir erforschen, ob die Sedoheptulose-1,7-bisphosphate-Phosphatase in A. degensii vorhanden ist, und welche Funktionen RubisCO in heterotrophen Thaumarchaeota und Bakterien der candidate phyla radiation hat. Die Untersuchungen im Rahmen dieses Projektes sollen aufklären, welche Vorteile die Nutzung der unterschiedlichen autotrophen Wege bringt, und unser Verständnis der Funktionen von Form-III-RubisCO in mikrobiellen Stoffwechsel ausbreiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen