Charakterisierung der an Nicotinaufnahme und Nicotinefflux beteiligten Nicotinpermeasen von Arthrobacter nicotinovorans
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Nicotin, das Alkaloid der Tabakpflanze, gelangt beim Zerfall der Pflanze in den Boden. Nicotin ist nicht nur für Säugetiere eines der stärksten Gifte, sondern wurde auch als Insektenvernichtungsmittel jahrzehntelang eingesetzt. Tabakabfall der bei der Verarbeitung von Tabak entsteht isl damit giftiger Sondermüll. Darum ist es besonders wichtig, das Nicotin, das in den Boden gelangt, abzubauen. Diese Aufgabe zu übernehmen sind Mikroorganismen der Bodenflora in der Lage. Dazu gehört das Gram + Bodenbakterium Arthrobacter nicotinovorans. In diesem Bakterium ist der Nicotinabbau an die Gegenwart des 165 kb Megaplasmiden pAOl, ein kleines zweites Chromosom, gebunden. Die Bestimmung der gesamten DNA Sequenz des Plasmiden hat die Organisation der Gene der am Nicotinabbau beteiligten Enzyme aufgeklärt. Inzwischen sind alle Schritte und alle Enzyme bekannt, die zu den Endabbauprodukten Methylamin und Trihydroxypyridin, das spontan in Gegenwart von O2 Nicotinblau bildet, bekannt. Im Rahmen des DFG Projekts ist es jetzt darüber hinaus gelungen, die Transportmechanismen aufzuklären, durch die Nicotin in die Zelle aufgenommen wird und Methylamin als Endprodukt aus der Zelle exportiert wird. Die Aufnahme von Nicotin und 6-Hydroxy-Nicotin, das erste Nicotinabbauprodukt, erfolgt Energie unabhängig über erleichterte Diffusion. Die zuständige Permease ist nicht auf pAOl codiert, sondem Nicotin scheint durch eine chromosomal codierte Permease, von breiterer Substratspezifizität aufgenommen zu werden. Die Natur der Permease ist noch unbekannt. Nicotinaufnahme und Nicotinabbau sind eng gekoppelt. Dadurch wird der für die erleichterte Diffusion nötige Konzentrationsgradient zwischen außen und innen aufrechterhallen. Für den Export von Methylamin aus der Zelle ist NepAB, eine heterodimere Pumpe der SMR (small multidrug resistance) Familie, zuständig. Diese benutzt die PMF (proton motive force) des Protonengradienten um im Antiport Methylamin aus der Zelle zu schleusen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2007) A two-component small multidrug resistance pump functions as a metabolic valve during nicotine catabolism by Arthrobacter nicotinovorans. Microbiology. 153:1546-1555
Ganas F., Mihasan M., Igloi G. L. and Brandsch R.
- (2008) Two closely related pathways of nicotine catabolism in Arthrobacter nicotinovorans and Nocardioides sp. strain JS614. Arch Microbiol. 189:511-517
Ganas P., Sachelaru P., Mihasan M., Igloi G. L. and Brandsch R.
- (2009) Characterization of L-nicotine and 6-hydroxy-L- nicotine uptake by Arthrobacter nicotinovorans and Escherichia coli. Microbiology 155: 1866-1877
Ganas P. and Brandsch R.
- (2009) The megaplasmid pAO1 of Arthrobacter nicotinovorans and nicotine catabolism. In Microbial Megaplasmids. Microbial Monographs. Ed. Schwartz E. and Steinbüchel, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, Vol. 11, pp 271-282
Ganas P., Igloi G. L. and Brandsch R.
