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Zusammenfassung:
Zum Schutz vor osmotischem Stress akkumuliert Bacillus subtilis kompatible Solute um den Zellturgor aufrecht zu erhalten. Eines dieser kompatiblen Solute ist Glycinbetain, das entweder durch die Opu-Transporter aus der Umwelt aufgenommen werden kann, oder ausgehend von dem zuvor importierten Vorläufer Cholin durch die Dehydrogenasen GbsB und GbsA synthetisiert werden kann. Stromaufwärts des gbsAB Operons ist das Gen gbsR lokalisiert, das für einen Cholin-abhängigen MarR-Typ Repressor kodiert, der sowohl die Expression des gbsAB Operons als auch das Gencluster des Cholin-spezifischen ABC-Transporters OpuB kontrolliert (Nau-Wagner et al., 2012). Dieser Regulator vermittelt die Repression seiner Zielgene durch einen “Road-Block” Mechanismus, wofür ein „inverted repeat“ stromabwärts des gbsAB und opuB Transkriptionsstarts gebunden wird. Eine Mutagenesestudie auf Basis eines Homologiemodels des dimeren GbsR Proteins zeigte, dass Cholin durch eine aromatische Ligundenbindetasche in GbsR gebunden wird. Diese ähnelt den Bindetaschen aus Substratbindeproteinen, die mit ABC-Transportern für kompatible Solute assoziiert sind. Umfangreiche bioinformatische Analysen zeigten, dass GbsR den Prototyp für eine neue Sub-Familie der MarR-Typ Regulatoren darstellt. Diese beinhaltet Regulatoren, die mit der Glycinbetain Synthese, Aufnahmesystemen für kompatible Solute und Sauerstoff Reduktasen des Cytochrom bd-Typs assoziiert sind. Die Regulatoren sind innerhalb der Bacteria und Archae weit verbreitet. In B. subtilis sind Gene für GbsR-Typ Regulatoren mit den nahe verwundten Operonen opuB (YvaV) und opuC (OpcR) assoziiert (Nau-Wagner et al., 2012; Lee et al., 2013). Die beiden Gencluster zeigen ein sehr unterschiedliches Expressionsmuster in Antwort auf verschiedene extrazelluläre Salinitäten. Jedoch teilen sie die Regulation durch den GbsR-Typ Repressor OpcR, der in die Reetablierung der opuC Repression unter Hochsalzbedingungen involviert ist. Diese Funktion steht im Einklang mit der osmotischen Induktion des opcR Gens. Die Expression des opuB und opuC Operons ist zudem, durch den Regulator RemA, der als Aktivator der Biofilmmatrix Synthese agiert, mit der Biofilmbildung verknüpft (Winkelman et al., 2013). In B. subtilis ist kein GbsR-Typ Regulator mit dem opuA Operon assoziiert. Dies ist jedoch der Fall in dem marinen Bakterium Bacillus infantis. OpuAR wird durch ein Gen in direkter Nachbarschaft des opuA Genclusters kodiert und agiert als Cholin- und Glycinbetain-abhängiger Repressor der opuA Expression. Im Gegensatzt zu zuvor untersuchten Aufnahmesystemen für kompatible Solute zum Zweck der Osmoprotektion wird die opuA Transkription nicht durch erhöhte Osmolaritäten induziert. Stattdessen findet eine Induktion in Gegenwart der Substrate des Transporters statt. Zusammenfassend demonstrieren die Argebnisse der vorliegenden Arbeit die hochgradig komplexe Regulation von Bakteriellen Anpassungsmechanismen, die das Überleben der Zelle unter osmotisch ungünstigen Bedingungen sicherstellen.

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