Erforschung der Diversität autotropher Kohlenstoffassimilierungswege in thermophilen Prokaryoten

• Antragsteller: Professor Dr. Ivan A. Berg
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429812134

• Erstellungsjahr: 2025

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In diesem Projekt haben wir verschiedene thermophile autotrophe Organismen auf das Vorhandensein neuartiger autotropher Stoffwechselwege oder Varianten davon untersucht. Die untersuchten Stämme, die zu den archaeellen Ordnungen Sulfolobales und Thermoproteales gehören, nutzten den 3-Hydroxypropionat/4-Hydroxybutyrat-Zyklus bzw. den Dicarboxylat/4- Hydroxybutyrat-Zyklus und bestätigten damit frühere experimentelle Daten. Wir fanden jedoch Beweise für die Funktion des Dicarboxylat/4-Hydroxybutyrat-Zyklus in einem thermophilen schwefelreduzierenden Bakterium, Desulfurella propionica, während des autotrophen Wachstums und während des Wachstums auf Propionat. Unsere Daten deuten darauf hin, dass die Assimilation von Propionat in D. propionica mit der Carboxylierung von Propionyl-CoA und der Isomerisierung zu Succinyl-CoA beginnt, das dann über 4-Hydroxybutyrat zu zwei Acetyl-CoA-Molekülen reduziert wird. Im Gegensatz dazu sind an der Propionat-Assimilation im eng verwandten Bakterium D. acetivorans (>99% 16S rRNA-Genidentität) die Enzyme des 4-Hydroxybutyrat-Stoffwechsels nicht beteiligt. Das in der Anfangsphase des Propionat-Stoffwechsels gebildete Succinyl-CoA wird in D. acetivorans zweimal zu Acetyl-CoA decarboxyliert. Interessanterweise besitzt D. acetivorans das Methylcitrat-Zyklus-Operon im Genom, aber die entsprechenden Gene werden nicht exprimiert und sind nicht an der Propionat-Assimilation beteiligt. In dieser Arbeit wurde auch die Succinyl-CoA:Acetat-CoA-Transferase identifiziert und charakterisiert, die im TCA-Zyklus in D. acetivorans funktioniert. Unsere Studie zeigt die extreme Plastizität des Desulfurella-Stoffwechsels mit der Möglichkeit der Substitution selbst zentraler Stoffwechselprozesse in den eng verwandten Arten.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Succinyl-CoA:acetate CoA-transferase functioning in the oxidative tricarboxylic acid cycle in Desulfurella acetivorans. Frontiers in Microbiology, 13.
  Pettinato, Eugenio; Böhnert, Pauline & Berg, Ivan A.
  
• Propionate metabolism in Desulfurella acetivorans. Frontiers in Microbiology, 16.
  Pettinato, Eugenio; Steiner, Thomas M.; Cassens, Eric A.; Geisberger, Thomas; Seitz, Christian; König, Simone; Eisenreich, Wolfgang & Berg, Ivan A.