Regulation of the expression and translocation of reductive dehalogenases in anaerobic bacteria
Final Report Abstract
Die Organohalid-Respiration (OHR) in Sulfurospirillum multivorans folgt einer ungewöhnlichen Langzeitreprimierung in Abwesenheit des Energiesubstrats Tetrachlorethen (PCE). Die Transkription des Gens für das Schlüsselenzym, die PCE reduktive Dehalogenase (PceA), wird in Anwesenheit alternativer Elektronenakzeptoren (z. B. Fumarat, Nitrat, Sauerstoff) über eine Spanne von mehr als 100 Generationen eingestellt. Dieses Phänomen trifft auch für andere in der OHR relevante Gencluster zu (z. B. Norcobamid-Biosynthese). Mittels Proteom- und Transkriptomanalyse konnte gezeigt werden, dass dieser Effekt auf die OHR-Genregion im Genom von S. multivorans beschränkt ist. Weder dem Enzym PceA noch dessen Kofaktor Norpseudo-B12 konnte eine zentrale Rolle als Signalgeber für die Langzeitregulation zugeordnet werden. Mittels vergleichender Transkriptomik wurde das Zwei-Komponenten System SMUL_1538/1539 als zentraler Regulator identifiziert, welcher höchstwahrscheinlich zur Sensierung von PCE dient. Der Regulator setzt sich aus einer membranintegralen Histidin-Protein-Kinase und einem zytoplasmatischen Response Regulator zusammen. In laufenden Versuchen wird die PCE-Sensierung und Signalweiterleitung entschlüsselt. In der Aufklärung dieser molekularen Mechanismen liegt der Schlüssel zum Verständnis der Langzeitregulation vermutet. Eine weitere Langzeitregulation von S. multivorans, die zur Zeit ebenso wenig erklärt werden kann wie die der PCE-Atmung, wurde bei der Adaptation an das fermentative Wachstum mit Pyruvat als einziger Energiequelle beobachtet. Aufgrund der zeitlichen Limitation der zweiten Förderperiode konnten die Arbeiten zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht abgeschlossen werden. Die Regulation des respiratorischen Stoffwechsels in S. multivorans folgt offenbar keinem strikten Regime wie in anderen Bakterien. In physiologischen Versuchen und mittels Modellierungen wurden Hinweise auf die gleichzeitige Nutzung verschiedener Energiesubstrate gefunden. Diese Ergebnisse reflektieren den hochgradig flexiblen Lebensstil des freilebenden Epsilonproteobakteriums S. multivorans.
Publications
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(2012) Impact of vitamin B12 on formation of the tetrachloroethene reductive dehalogenase in Desulfitobacterium hafniense strain Y51. Appl Environ Microbiol. 78:8025-32
Reinhold A, Westermann M, Seifert J, von Bergen M, Schubert T, Diekert G
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(2013) Biosynthese der reduktiven Tetrachlorethen-Dehalogenase in Desulfitobacterium hafniense Y51 in Abhängigkeit vom Enzymsubstrat und dem Corrinoid-Cofaktor. FSU Jena
Reinhold, A
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(2015) Draft genome sequence and characterization of Desulfitobacterium hafniense PCE-S. Stand Genomic Sci. 10:15
Goris T, Hornung B, Kruse T, Reinhold A, Westermann M, Schaap PJ, Smidt H, Diekert G
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(2015) Proteomics of the organohalide-respiring Epsilonproteobacterium Sulfurospirillum multivorans adapted to tetrachloroethene and other energy substrates. Sci Rep. 5:13794
Goris T, Schiffmann CL, Gadkari J, Schubert T, Seifert J, Jehmlich N, von Bergen M, Diekert G
