Untersuchung der Kälteschockantwort von Bacillus subtilis - σL-abhängige Transkriptionsaktivatoren und Identifizierung des kältespezifischen Wachstumsdefizits des Stammes JH642

Die Untersuchung der Kälteschockanpassung von Mikroorganismen wird in Modellorganismen wie dem Gram-positiven mesophilen Bodenbakterium B. subtilis durchgeführt. Dabei ist das komplett entschlüsselte Genom von großem Vorteil. Für die Untersuchungen wird ein Temperaturschock von 37 °C auf 15 °C als K...

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Main Author: Wiegeshoff, Frank
Contributors: Marahiel, Mohamed A. (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2006
Chemie
Subjects:
Online Access:PDF Full Text
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Description
Summary:Die Untersuchung der Kälteschockanpassung von Mikroorganismen wird in Modellorganismen wie dem Gram-positiven mesophilen Bodenbakterium B. subtilis durchgeführt. Dabei ist das komplett entschlüsselte Genom von großem Vorteil. Für die Untersuchungen wird ein Temperaturschock von 37 °C auf 15 °C als Kälteschock definiert. B. subtilis reagiert auf einen Kälteschock mit einer veränderten Genexpression, die zu einer Anpassung seiner gesamten Zellphysiologie führt. Diese Anpassung ermöglicht das Überleben bei niedrigen Temperaturen, indem die kälteempfindlichen Systeme durch die Induktion kälteprotektiver Proteine geschützt werden. Zu den betroffenen Systemen zählen die gehinderte Initiation der Translation, die durch kältestabilisierte Sekundärstrukturen der mRNA zu Stande kommt, und die abnehmende Fluidität der Zellmembran und der damit gekoppelten Prozesse wie z. B. dem Stofftransport. In dieser Arbeit wurden durch genomweite Transkriptions- und Proteomanalysen neue kälteinduzierte Gene und Proteine identifiziert. Sie wurden auf ihre Relevanz für die Kälteanpassung des B. subtilis hin untersucht. Aus früheren und auch aus diesen Studien ging die Kälteinduktion des Gens yplP hervor. Es wurde gezeigt, dass die Deletion dieses Gens einen kältesensitiven Phänotyp bewirkt und so für die Adaptation nach einem Kälteschock relevant sein könnte. YplP zeigt signifikante Homologien zu den vier bekannten σL-abhängigen Transkriptionsaktivatoren AcoR, BkdR, LevR und RocR. In dieser Arbeit konnte aus Untersuchungen zu allen fünf Aktivatoren und dem σL-Faktor durch Deletionsstudien gekoppelt mit Wachstumsanalysen die Kälterelevanz der zwei Transkriptionsaktivatoren YplP und BkdR, sowie des σL-Faktors für die Kälteanpassung des B. subtilis eindeutig bestätigt bzw. nachgewiesen werden. In biochemischen Untersuchungen mittels EMSA (electrophoretic mobility shift assay) konnte die Zusammenarbeit von SigL mit BkdR gezeigt werden. Sie interagierten jeweils alleine und zusammen mit der zu aktivierenden Target-DNA. Die aus Sequenzanalysen und DNA-Arrays erhaltenen Promotorregionen der putativen Target-Gene von YplP konnten jedoch nicht in einem EMSA mit SigL und YplP interagieren. Somit sind die von σL und YplP zusammen regulierten Gene weiterhin unbekannt. Des Weiteren konnte die Ursache des kältespezifischen Defekts des Stammes JH642 in der Biosynthese der verzweigtkettigen Fettsäuren identifiziert und charakterisiert werden. Er zeigte sich durch ein verlangsamtes Wachstum des Stammes JH642 im Vergleich zum MR168 nach einem Kälteschock. In dieser Arbeit wurde der Defekt über Sequenzanalysen im Gen ilvB lokalisiert. Mittels Komplementationsstudien und biochemischer Charakterisierung durch einen photometrischen Assay wurde IlvB als Quelle für diesen Defekt bestätigt. IlvB ist an der Umwandlung von Threonin zu Isoleucin beteiligt. Isoleucin dient als Vorläufer für die Synthese von verzweigtkettigen Fettsäuren, die für die Kälteanpassung der Membran essentiell sind.
DOI:https://doi.org/10.17192/z2006.0910