Extrazelluläres Pyruvat: Sensorik, Aufnahme und Bedeutung für Gamma-Proteobakterien

• Antragstellerin: Professorin Dr. Kirsten Jung
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 432402323

Pyruvat, ein zentraler Metabolit, wird von vielen Bakterien als Folge des Überfluss-Stoffwechsels in die Umgebung ausgeschieden. Unter Nährstofflimitation aktivieren Escherichia coli und andere Gamma-Proteobakterien ein von uns in vorausgegangenen Arbeiten identifiziertes Netzwerk, das aus Pyruvatsensoren und -transportern besteht, um diesen Metaboliten wieder aufzunehmen. Der erste Teil des Projektes widmet sich nun der detaillierten Aufklärung von Struktur und Funktion von Schlüsselkomponenten dieses Netzwerks in E. coli. Im Mittelpunkt stehen dabei (1.) die Erforschung der außergewöhnlichen Phosphorylierungs-unabhängigen Signaltransduktion innerhalb der Pyruvat-sensierenden Histidinkinase/Antwortregulatorsysteme BtsS/BtsR und YdpA/YpdB von E. coli sowie deren Strukturanalyse. Des Weiteren sollen (2.) die 3D-Strukturen der beiden Pyruvat-Transporter BstT und CstA von E. coli aufgeklärt werden. Beide Transporter gehören zu der bisher wenig untersuchten CstA-Transporterfamilie. CstA, namensgebendes Protein der Familie, soll darüber hinaus erstmalig biochemisch hinsichtlich Substratspezifität, Kinetik und Energetisierung charakterisiert werden. Obwohl das Pyruvat-sensorische Netzwerk bei Gamma-Proteobakterien weit verbreitet ist, gibt es signifikante Unterschiede bezüglich Design und Funktionalität zwischen den Gattungen. Beispielsweise scheiden Bakterien der Gattung Vibrio im Gegensatz zu Escherichia deutlich mehr Pyruvat aus, besitzen aber nur ein sehr einfaches System für Pyruvatsensorik und -aufnahme. Deshalb sollen im zweiten Teil des Projektes die Studien auf den für Quorum Sensing bekannten Modellorganismus Vibrio campbellii (ehemals V. harveyi) erweitert werden. Die Forschungsarbeiten fokussieren (3.) auf die Aufklärung der biologischen Signifikanz des Systems für V. campbellii. Des Weiteren soll (4.) V. campbellii als Modellorganismus verwendet werden, um die Bedeutung von extrazellulärem Pyruvat für mikrobielle Interaktionen zu untersuchen. Dabei wollen wir die Frage klären, in wieweit extrazelluläres Pyruvat in den Nährstoffwettbewerb einfließt oder als Lockstoff benutzt wird, um in der Folge die Konkurrenz auszuschalten. Die geplanten Arbeiten sollen zum besseren Verständnis der Sensorik und der Aufnahme des Primärmetaboliten Pyruvat sowie dessen Rolle im mikrobiellen Wechselspiel beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen