Regulation der Stoffwechselflüsse in Bacillus subtilis durch das Nährstoffangebot - Beteiligung regulatorischer Proteine
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Zur Gewinnung neuer Erkenntnisse über die Regulation des Stoffwechsels von Bacillus subtilis wurden innerhalb eines gemeinsamen Forschungsprojekts mit dem Lehrstuhl für allgemeine Mikrobiologie der Universität Göttingen die Veränderungen von Metabolismus und Expressionsmustern kataboler Gene in B. subtilis 168 bei Metabolisierung unterschiedlicher Substrate, sowie anhand der metabolischen Charakterisierung verschiedener Deletionsmutanten die Rolle des globalen Regulatorproteins CcpA bei der Steuerung des Ze 11 Stoffwechsels untersucht. Wenn Bacillus subtilis zusätzlich zu Glucose auch Succinat und Glutamat aufnimmt, zeigt sich eine deutliche Erhöhung der metabolischen Aktivität des Pentosephosphatwegs, welche jedoch nicht von einer Erhöhung der Expression beteiligter Enzyme begleitet wird, wohingegen die metabolische Aktivität des Pentosephosphatwegs bei Wachstum auf Succinat und Glutamat alleine stark absinkt. Eine Deletion des Regulatorproteins CcpA zeigte, dass die Aktivität der beiden Stoffwechselwege Glykolyse und Pentosephosphatweg nicht der Glucose-induzierten Katabolitenrepression unterliegt, sondern hauptsächlich auf metabolischer Ebene durch die Verfügbarkeit intrazellulärer Metabolite beeinflusst ist. Die Addition von Succinat und Glutamat fuhrt bei Wachstum des Wildtyps auf Glucose zu einer Erhöhung des Überflussmetabolismus bei verstärkter Acetatbildung und einsetzender Lactatbildung. Die Deletion von CcpA zeigte, dass der Überflussmetabolismus von Bacillus subtilis offenbar aus mehreren, unterschiedlich regulierten Teilen besteht, während die Lactatbildung nicht auf Transkriptebene durch Glucose induziert wird, sondern von der Verfügbarkeit von Pyruvat abzuhängen scheint, erscheint für die Acetatbildung eine synergistische Regulation durch CcpA und einen weiteren Effektor wahrscheinlich. Die metabolische Aktivität des Tricarbonsäurezyklus ist dagegen hauptsächlich auf Tran skriptebene über die synergistische Repression der Citrat-Synthase und Aconitase durch CcpA und den Represser CcpC reguliert. Die Rolle von CcpA als globalem Regulator des Zentralmetabolismus in Abhängigkeit des Nährstoffangebots wurde durch die innerhalb dieses Projekts durchgeführten Untersuchungen zwar bestätigt, jedoch besitzt dieser Effektor offenbar eine eher unterstützende Funktion bei der Regulation des Stoffwechsels und übt keine vollständige Kontrolle über einzelne Stoffwechselwege aus.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2007). Transcriptional and Metabolic Responses of Bacillus subtilis to the Availability of Organic Acids: Transcription Regulation Is Important but Not Sufficient To Account for Metabolic Adaptation. Appl Environ Microbiol 73, 499-507
Schilling, O., Frick, O., Herzberg, C., Ehrenreich, A., Heinzle, E., Wittmann, C. and Stülke, J.
