Characterization of the division apparatus in the budding bacterium Hyphomonas neptunium

Bakterien sind phylogenetisch divers und haben eine Vielzahl von Zellformen, Lebensstilen und Vemehrungsstrategien entwickelt. Die Forschung in den letzten Jahrzehnten hat sich hauptsächlich auf die Untersuchung einiger weniger Modellorganismen wie Escherichia coli, Bacillus subtilis and Caulobacter crescentus konzentriert, welche sich alle durch asymmetrische oder symmetrische binäre Teilung vermehren und stäbchenförmig sind. Entsprechend sind dieMechanismen, die alternativen Teilungsarten, wie der Knospung, zu Grunde liegen, zum Großteil unbekannt. Um das Wissen auf diesem Gebiet zu erweitern, haben wir begonnen, das dimorphe α-Proteobakterium Hyphomonas neptunium als Vertreter der gestielten, knospenden Bakterien zu untersuchen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die asymmetrische Zellteilung von H. neptunium, die am Übergang von Stiel und Knospe stattfindet und zwei morphologisch und physiologisch unterschiedliche Zelltypen hervorbringt, analysiert. In den meisten Bakterien erfolgt die Zellteilung mit Hilfe eines Multiprotein-Komplexes, der auch als Divisom bezeichnet wird. In H. neptunium sind eine Vielzahl der bekannten Divisom-Komponenten konserviert, deren dynamische Lokalisation in der Zellteilungsebene in einer umfassende Lokalisationsstudie bestätigtwerden konnte. Allerdings wurde für den zentralen Faktor der Zellteilung, FtsZ, und die DNA-Translokase FtsK ein ungewöhnliches Lokalisationsmuster beobachtet, da beide Proteine an Stellen außerhalb der Zellteilungsebene Komplexe bildeten. FtsZ ist an beiden Enden des Stiels zu finden. Allerdings führt nur der FtsZ-Komplex an der Zellteilungsebene durch die Rekrutierung weiterer Zellteilungsproteine zu einer reifen Zellteilungsmaschinerie. FtsK hingegen lokalisiert in einem unregelmäßigen Muster in der Stiel-Struktur, was auf eine zusätzliche Rolle in einem anderen Prozess als den letzten Schritten der Chromosomensegregation hinweist. Die Analyse einer ATPase-defekten FtsK-Variante und eines Stammes mit reduzierter FtsK-Expression lieferte Hinweise auf eine Beteiligung von FtsK am Transport der DNA durch den Stiel. Zudem konnte gezeigt werden, dass die konservierte ATPase MipZ, anders als in der Spezies C. crescentus, nicht für die räumliche Regulation des Z-Rings in H. neptunium benötigt wird. Da Homologe anderer Regulatorproteine nicht gefunden wurden, dürfte ein neuer, bisher nicht identifizierter Mechanismus die Zellteilungsebene in H. neptunium positionieren. Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass sich die räumliche und zeitliche Regulation und die spezifischen Aufgaben von Zellteilungsproteinen unterscheiden können, auch wenn sie in verschiedenen Bakterien stark konserviert sind.