Biochemie der syntrophen Oxidation von Fettsäuren und Alkoholen
Final Report Abstract
In diesem Vorhaben wurde der Energiestoffwechsel von drei Typen von syntrophen Gärern untersucht, die die Produkte der primären Gärer (Butyrat, Acetat, Ethanol) oxidieren und die freiwerdenden Elektronen an z. B. methanogene Partnerorganismen abgeben. Wir konnten überzeugende Konzepte für den Energiestoffwechsel des butyratoxidierenden Syntrophomonas wolfei und für die ethanoloxidierenden Pelobacter-Stämme entwickeln. Bei Syntrophomonas wird die energetisch schwierige Oxidation mit der Bildung von Formiat gekoppelt. Die erforderliche Energie wird durch einen revertierten Elektronentransport über einen Menachinon-Cyclus geliefert; hierbei werden exoplasmatisch Protonen verbraucht, die eine protonenpumpende ATPase bereitstellt. Entweder Wasserstoff oder Formiat oder beide können als Elektronenüberträger zum methanogenen Partner genutzt werden. Bei der Oxidation von Ethanol zu Acetat durch Pelobacter-Stämme werden beide Elektronenpaare auf NAD übertragen. Ein NADH wird in einer noch hypothetischen Reaktion eines Rnf-Komplexes mit Ferredoxin oxidiert; dieser Komplex konnte noch nicht überzeugend gezeigt werden. Ferredoxin- und NADH-Elektronen werden anschliessend gemeinsam zu Formiat oder Wasserstoff umgesetzt, wozu eine entsprechende komproportionierende Hydrogenase bzw. Formiatdehydrogenase bereitsteht. Das Genom des syntroph Acetat-oxidierenden Bakteriums Thermacetogenium phaeum wurde sequenziert und komplett annotiert. Alle Enzyme, die für den Wood-Ljungdahl-Weg entweder in oxidativer oder reduktiver Richtung erforderlich sind, wurden im Genom gefunden und konnten in Aktivitätsmessungen nachgewiesen bzw. in 2D-elektrophoretischer Proteomanalyse identifiziert werden. Ein kohärentes Konzept für den Energiestoffwechsel dieses Bakteriums konnte noch nicht abschliessend entwickelt werden.
Publications
- Dominant sugar utilizers in sediment of Lake Constance depend on syntrophic cooperation with methanogenic partner organisms. Environ. Microbiol. 10, 1501-1511 (2008)
Müller, N., U. Stingl, B. M. Griffin, B. Schink
- Physiology, ecology, phylogeny, and genomics of microorganisms capable of syntrophic metabolism. Ann. NY Acad. Sci. 1125, 58-72 (2008)
McInerney, M. J., C. G. Struchtemeyer, J. Sieber, H. Mouttaki, A. J. M. Stams, B. Schink, L. Rohlin, R. P. Gunsalus
- Introduction to microbial hydrocarbon production: bioenergetics. In: K. N. Timmis, V. de Lorenzo, T. McGenity, and J. R. van der Meer (eds.): Handbook of hydrocarbons, oil, lipids, and derived compounds, Chapter 21, pp. 322-335. Springer-Verlag GmbH, Heidelberg, Germany (2009)
McInerney, M. J., T. Hoehler, R. P. Gunsalus, B. Schink
- Involvement of NADH: acceptor oxidoreductase and butyryl-CoA dehydrogenase in reversed electron transport during syntrophic butyrate oxidation by Syntrophomonas wolfei. J. Bacteriol. 191, 6167-6177 (2009)
Müller, N., D. Schleheck, B. Schink
- Methanogenesis: syntrophic metabolism. In: K. N. Timmis, V. de Lorenzo, T. McGenity, and J. R. van der Meer (eds.): Handbook of hydrocarbons, oil, lipids, and derived compounds, Chapter 22, pp. 338-355. Springer-Verlag GmbH, Heidelberg, Germany (2009)
Sieber, J. R., M. J. McInerney, C. M. Plugge, B. Schink, R. P. Gunsalus
- Syntrophic degradation of cadaverine by a defined methanogenic coculture. Appl. Environ. Microbiol. 75, 4821-4828 (2009)
Roeder, J., B. Schink
- Degradation of long-chain fatty acids by sulfate-reducing and methanogenic communities. In: K. N. Timmis, V. de Lorenzo, T. McGenity, and J. R. van der Meer, (eds.): Handbook of hydrocarbon and lipid microbiology, Chapter 13, pp. 963-980. Springer-Verlag GmbH, Heidelberg, Germany (2010)
Sousa D. Z., M. Balk, M. M. Alves, B. Schink, M. J. McInerney, H. Smidt, C. M. Plugge, A. J. M. Stams
- Syntrophic butyrate and propionate oxidation: from genomes to reaction mechanisms. Environ. Microbiol. Rep. 2, 489-499 (2010)
Müller, N., P. Worm, B. Schink, A. J. M. Stams, C. M. Plugge
- Syntrophy in methanogenic degradation. In: J. H. P. Hackstein, ed. (Endo)symbiotic methanogenic archaea, pp. 143- 173, Microbiology Monographs Vol. 19, Springer, New York. (2010)
- Genome-guided analysis of physiological and morphological traits of the fermentative acetate oxidizer Thermacetogenium phaeum. BMC Genomics. 13:723
Oehler, D., A. Poehlein, A. Leimbach, N. Müller, R. Daniel, G. Gottschalk, and B. Schink
(See online at https://doi.org/10.1186/1471-2164-13-723) - A proteomic view at the biochemistry of syntrophic butyrate oxidation in Syntrophomonas wolfei. Plos One (2013)
Schmidt, A., N. Müller, B. Schink, D. Schleheck
(See online at https://doi.org/10.1371/journal.pone.0056905) - Syntrophism Among Prokaryotes. In: The Prokaryotes— Prokaryotic Communities and Ecophysiology, 4th edition, E. Rosenberg, E. F. DeLong, S. Lory, E. Stackebrandt, F. Thompson, eds., pp 471-493, Springer-Verlag Berlin Heidelberg (2013)
Schink, B., Stams, A. J. M.
(See online at https://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-30123-0_59) - Degradation of acetaldehyde and its precursors by Pelobacter carbinolicus and P. acetylenicus . Plos One
Schmidt, A., M. Frensch, D. Schleheck, B. Schink, N. Müller
(See online at https://doi.org/10.1371/journal.pone.0115902)
