Wie tragen glykolytische Wege und insbesondere der kürzlich entdeckte Entner-Doudoroff Weg zum zentralen Kohlenstoffmetabolismus in Cyanobakterien bei und spielen sie eine essentielle Rolle für CO2-Fixierung und Photosynthese?

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Kirstin Gutekunst; Professor Dr. Christoph Wittmann
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 367110946

Wir konnten kürzlich zeigen, dass Cyanobakterien und Pflanzen über einen bislang übersehenen dritten glykolytische Weg neben dem Emden-Meyerhof-Parnas (EMP) und dem oxidativem Pentose Phosphat (OPP) Weg verfügen: den Enter-Doudoroff (ED) Weg (Chen et al. 2016, PNAS). Das Ausschalten des ED Weges führt sowohl unter mixotrophen (Licht und Glukose) Bedingungen als auch im Tag/Nacht-Rhythmus (12h Licht/12h Dunkelheit) zu vermindertem Wachstum. Auch wenn diese Beobachtungen darauf hinweisen, dass der ED Weg in Cyanobakterien von physiologischer Bedeutung ist, quantifizieren sie nicht den Anteil dieses Weges. Flussanalysen sind absolut notwendig um seinen Beitrag zum zentralen Kohlenstoffmetabolismus zu bestimmen. Eine gleichzeitige Unterbrechung von ED und OPP Weg resultiert in einer Mutante mit extrem schwachem Wachstum unter mixotrophen und autotrophen Bedingungen (unveröffentlicht). Dieses Ergebnis war überraschend und zeigt, dass glykolytische Wege auch unter autotrophen Bedingungen essentiell sind. Das Zusammenspiel zwischen glykolytischen Wegen, CO2-Fixierung und Photosynthese konnte bisher in photoautotrophen Organismen nicht zufriedenstellend untersucht werden, da einer der glykolytischen Wege unbekannt war. Das vorgestellt Projekt hat das Ziel die Flüsse durch alle glykolytischen Wege und den Calvin-Benson-Bassham (CBB) Zyklus der CO2-Fixierung unter mixotrophen, heterotrophen und autotrophen Bedingungen zu bestimmen. Unser Hauptziel ist es die Wechselwirkungen zwischen glykolytischen Wege, CO2-Fixierung und Photosynthese zu untersuchen. Insbesondere möchten wir die Hypothese testen, ob glykolytische Wege essentiell sind um den CBB Zyklus der CO2 Fixierung im Licht aufzufüllen und den photosynthetischen Elektronentransport zu regulieren. Für diesen Ansatz sind eine Kombination aus Flussanalysen, der Charakterisierung ausgewählter Deletionsmutanten und physiologischen Messungen notwendig.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen