Biochemische und elektrochemische Charakterisierung von Redoxproteinkandidaten der Eisenoxidation im acidophilen Eisenoxidierer "Ferrovum" sp. PN-J47-F6

• Antragstellerin: Dr. Sophie Ullrich
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 413029825

Aerobe eisenoxidierende Organismen verknüpfen die Oxidation von Eisen(II)-Ionen mit der Reduktion von Sauerstoff und nutzen diese Energie für den Antrieb ihrer metabolischen Prozesse. Durch die geringe Redoxpotenzialdifferenz zwischen dem Elektronendonorpaar (Eisen(II/III)-Ionen) und dem Elektronenakzeptorpaar (Sauerstoff/Wasser) und der damit verbundenen geringen Energieausbeute leben diese Organismen am thermodynamischen Limit. Darüber hinaus ist auch das Redoxpotential des Elektronendonor- und Elektronenakzeptorpaares vom äußeren pH abhängig. Es wird angenommen, dass sich die biochemischen Eigenschaften von Redoxproteinen, die an der Eisenoxidation beteiligt sind, in Neutrophilen und Acidophilen deutlich voneinander unterscheiden. Studien zu den biochemischen Eigenschaften solcher Proteine beschränken sich bisher allerdings auf wenige acidophile Modellorganismen wie Acidithiobacillus ferrooxidans und Ferroplasma acidiphilum. Auf Grundlage von omics-Daten gelang jedoch die Ableitung von Modellen zur Eisenoxidation in einer Reihe von Eisenoxidierern. Innerhalb der Betaproteobacteria wurden sowohl acidophile Eisenoxidierer wie Vertreter der Gattung „Ferrovum“ als auch neutrophile Eisenoxidierer. Im Gegensatz zu den extrem acidophilen Modelorganismen sind Vertreter der Gattung "Ferrovum" eher moderat acidophil. Die Redoxproteine der Eisenoxidation in „Ferrovum“ sind denen in neutrophilen Eisenoxidierern der Betaproteobacteria und Zetaproteobacteria ähnlicher als denen anderer acidophiler Eisenoxidierer. "Ferrovum" spp. stellen daher ein einziges Model dar, um die mögliche Anpassung der Redoxproteine der Eisenoxidation an den äußeren pH-Wert des Habitats zu untersuchen. Die vorliegende Projektskizze zielt daher auf die Untersuchung der Abstammung der Redoxproteine der Eisenoxidation in "Ferrovum" spp. ab sowie auf die Charakterisierung der biochemischen Eigenschaften dieser Proteine. Ziel (i) soll bioinformatisch erarbeitet werden, indem Dendrogramme der Redoxproteine mit Dendrogrammen verglichen werden, die auf Grundlage taxonomischer Marker berechnet wurden. Ziel (ii) wird auf zwei Ebenen verfolgt. Auf der ersten Ebene werden Redoxproteinkandidaten aus "Ferrovum" sp. PN-J47-F6 heterolog produziert, um anschließend ihre bio- und elektrochemischen Eigenschaften zu untersuchen. So sollen ihre Redoxzentren ermittelt und ihre mid-point-Potenziale bestimmt werden. Diese Studien sollen durch Protein-Protein-Interaktionsstudien ergänzt werden, um die vorgeschlagene Elektronentransportkette des Eisenoxidationsmodells zu prüfen. Auf der zweiten Ebene werden analog Wildtyp-Proteine in Membranfraktionen von „Ferrovum“ sp. PN-J47-F6 charakterisiert, wobei die Daten zu den rekombinanten Proteinen als Referenz dienen sollen. Die vorliegende Studie wird unser bisheriges Wissen zur mikrobiellen Eisenoxidation erweitern, indem sie erste Daten zu diesem Prozess in einem moderat acidophilen Eisenoxidierer liefert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen