Kälteschockadaptation von Bacillus subtilis: Identifizierung kälteinduzierter Gene und Proteine und Untersuchung ihrer kältespezifischen Funktion und Regulation

Die Kälteschockadaptation erfolgt in Mikroorganismen nach einem rapiden Abfall der Umgebungstemperatur. Ein Temperaturschock von 37°C auf 15°C hat sich zur Untersuchung der Kälteschockantwort in mesophilen Bakterien durchgesetzt. B. subtilis reagiert auf diesen Kälteschock mit de...

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Main Author: Beckering, Carsten
Contributors: Marahiel, Mohamed (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2004
Chemie
Subjects:
Online Access:PDF Full Text
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Description
Summary:Die Kälteschockadaptation erfolgt in Mikroorganismen nach einem rapiden Abfall der Umgebungstemperatur. Ein Temperaturschock von 37°C auf 15°C hat sich zur Untersuchung der Kälteschockantwort in mesophilen Bakterien durchgesetzt. B. subtilis reagiert auf diesen Kälteschock mit der globalen Veränderung seiner Genexpression. Diese Veränderung führt in dem kältegeschockten Bakterium zu einer Anpassung seiner Zellphysiologie, die ihm das Wachstum bei niedrigen Temperaturen ermöglicht. Dabei schützt B. subtilis die Funktion seiner kälteempfindlichen Systeme durch die rasche Induktion kälteprotektiver Proteine. Zu den bekannten kälteempfindlichen Systemen in B. subtilis gehören die Translationsinitiation und die Proteinbiosynthese am Ribosom, die Faltung von mRNA durch die Bildung kältestabilisierter Sekundärstrukturen und die abnehmende Fluidität der Zellmembran und dadurch bedingten Funktionsverlust der membrangekoppelten Prozesse. In dieser Arbeit wurden bislang unbekannte kälteinduzierte Proteine und Gene aus B. subtilis durch systematische Untersuchungen mittels zweidimensionaler Gelelektrophorese und genomweiter Transkriptionsanalyse identifiziert. Diese kälteinduzierten Gene wurden auf eine Beteiligung an der Kälteschockanpassung untersucht. Ein kältespezifischer Phänotyp konnte für eine DyplP-Mutante und eine DyqfR/DydbR-Doppelmutante beobachtet werden. Das yplP-Gen kodiert für einen von fünf homologen sL-abhängigen Transkriptionsaktivatoren in B. subtilis, dessen Rolle für die Kälteschockanpassung noch nicht geklärt werden konnte. Die Gene yqfR und ydbR kodieren für DEAD-Box mRNA-Helikasen, die bereits in mehreren Organismen als kälteinduzierte Proteine identifiziert wurden. In dieser Arbeit durchgeführte fluoreszenzmikroskopische Aufnahmen von GfP-Fusionen konnten die transkriptionsabhängige Kolokalisierung der Helikasen YdbR und YqfR aus B. subtilis mit den CSP und Ribosomen an den Zellpolen zeigen. Ausgehend von diesem Experiment wird ein Modell vorgeschlagen, in dem die RNA-Helikasen kältestabilisierte Sekundärstrukturen von mRNA entwinden. Danach kann die mRNA von den CSP gebunden werden, wodurch die Translationsinitiation bei niedrigen Temperaturen erleichtert wird. Außerdem wurde in dieser Arbeit die Regulation der Fettsäuredesaturase Des aus B. subtilis untersucht. Die Desaturase Des erhöht die Fluidität der Zellmembran nach Kälteschock durch die Synthese ungesättigter Fettsäuren in der Membran. Genetische Experimente konnten zeigen, dass die Transkription des des Gens durch das temperatursensitive Zweikomponentensystem DesKR aus B. subtilis reguliert wird. Die kältespezifische Regulation weiterer Gene durch DesKR konnte ausgeschlossen werden.
DOI:https://doi.org/10.17192/z2004.0107