Analyse des Mrc-abhängigen und -unabhängigen Energiestoffwechsels von Methanosarcina acetivorans

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Rother
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 548692950

Methanogene Archaeen ("Methanogene") spielen eine zentrale Rolle für den globalen Kohlenstoffkreislauf. Durch ihren Energiestoffwechsel, die Methanogenese, der das potente Treibhausgas Methan freisetzt, sind Methanogene direkt in den anthropogenen Klimawandel verwickelt. Traditionell wurde angenommen, dass die Methanbildung bei Methanogenen obligatorisch ist, da alle ihre Atmungsprozesse bei der Reaktion zusammenlaufen, bei der Methyl-Coenzym M (Methyl-CoM ) zu Methan reduziert wird, katalysiert durch die Methyl-CoM-Reduktase (Mcr). Beim Wachstum von Methanosarcina acetivorans auf Kohlenmonoxid (CO) ist allerdings nicht Methan das hauptsächliche katabolische Endprodukt, sondern Acetat. Durch rationale und zufällige Gendeletionen wurde ein M. acetivorans-Stamm isoliert, der acetogen wächst und fast kein Methan mehr produziert, obwohl Mcr weiterhin essentiell ist. Die Beseitigung der Ursache für die Essentialität von Mcr ermöglichte die gezielte Inaktivierung von Mcr und damit die Schaffung eines experimentellen Chassis zur Untersuchung alternativer Formen des Energiestoffwechsels in einem ehemaligen "Methanogen". Ein Ziel der geplanten Forschungsarbeiten ist die Charakterisierung der Verwendung neuartiger Elektronendonatoren und -akzeptoren, sowohl methanogen, acetogen oder über extrazelluläre Respiration, wodurch die Rolle von "Methanogenen" in der Umwelt möglicherweise neu bewertet wird. Ein weiteres Ziel ist die Ausnutzung der Verzichtbarkeit von Mcr durch die Untersuchung von Struktur/Funktionsbeziehungen von Mcr-Homologen in vivo. Physiologische und biochemische Analysen von konstruierten Stämmen und der von ihnen produzierten Enzyme werden zur Erreichung der angestrebten Ziele herangezogen. Die vorgeschlagenen Forschungsarbeiten werden paradigmatisch für die katabolen Potenziale von Methanosarcina sein, die wahrscheinlich viel umfassender sind als bisher angenommen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen