Der Formiat Hydrogenlyase Komplex aus Trabulsiella guamensis

• Antragsteller: Professor Dr. Gary Sawers, seit 3/2024
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 460525112

Der Formiat-Hydrogenlyase (FHL)-Komplex ist der zentrale Wasserstoff (H2)-produzierende Enzymkomplex unter fermentativen Wachstumsbedingungen und entgiftet Formiat durch Oxidation zu Kohlendioxid und H2. Die cytoplasmatisch lösliche Domäne von fünf Untereinheiten umfasst eine Formiatdehydrogenase- und Hydrogenase-Reaktion. Sie ist an eine Membrandomäne von weiteren bis zu fünf Untereinheiten gebunden, die zu den kofaktorfreien Na+/H+-Antiportern des MRP-Typen gehören. Die enge phylogenetische Beziehung zum protonentranslozierenden Komplex I der Atmungskette deutet auf eine noch nicht verstandene energetische Kopplung bei der Erzeugung der protonenmotorischen Kraft (pmf) hin. Eine Variante mit zwei Membranuntereinheiten aus Escherichia coli ist im Allgemeinen gut charakterisiert, der Komplex mit fünf Membranuntereinheiten wurde jedoch noch nicht untersucht. Im Gegensatz zu E. coli ist Trabulsiella guamensis eines der wenigen nicht pathogenen Enterobakterien, welches ausschließlich die ausgedehnte Membranversion besitzt. Dies macht es zum idealen Untersuchungsobjekt für den FHL-2Tg-Komplex und seine physiologischen Auswirkungen auf die Energiekonservierung. Durch Gentechnik an T. guamensis und heterologe Expression der FHL-2Tg-kodierenden hyf-Gene in E. coli haben wir seine Aktivität bereits in Gegenwart von Protonophoren und Natriumionen charakterisiert. Wir fanden starke Hinweise auf eine Kopplung der H2-Produktion an die H+- und Na+-Translokationsfähigkeit. Wir sagen voraus, dass die restlichen Membranuntereinheiten eine zusätzliche Energiekonservierung ermöglichen. Daher untersucht dieses Projekt den zugrunde liegenden Mechanismus, indem genetische Ansätze mit bioenergetischen Methoden kombiniert werden. Aufgrund unserer umfangreichen Vorarbeiten können wir in-vivo- und in-vitro-Analysen schnell kombinieren, um die verschiedenen Ionentranslokationsaktivitäten des Komplexes zu quantifizieren. Die Fokussierung auf den physiologischen Kontext mit Formiattransport und Essentialität des H2-produzierenden Stoffwechselweges wird unser derzeitiges Verständnis der Grundprinzipien der bakteriellen Energieerhaltung erweitern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemalige Antragstellerin: Dr. Constanze Pinske, bis 3/2024