Reverse electron transfer involving a butyrate-induced membrane complex during syntrophic growth of Syntrophomonas wolfei

• Antragsteller: Dr. Johannes Kung
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 216455263

Syntrophes Wachstum spielt eine essentielle Rolle für das Recyceln von organischer Materie in zahlreichen Lebensräumen. Aufgrund von ungünstigen, thermodynamischen Gleichgewichten bei Redoxreaktionen des syntrophen Stoffwechsels werden reverse Elektronentransferschritte notwendig. Organismen wie Syntrophomonas wolfei sind aufgrund der Energielimitierung in ihrem Lebensraum auf die Produktion von Stoffwechselendprodukten angewiesen, die, wie Wasserstoff, Substrate für ihre syntrophen Partner darstellen. Neuere genomische und proteomische Studien mit obligat anaeroben Organismen wie S. wolfei und Syntrophus aciditrophicus weisen auf die Beteiligung einer Etf-verknüpften Hydrogenase bei Wachstum auf Butyrat hin. Durch Blue Native Elektrophorese wurde ein Komplex identifiziert, der Untereinheiten enthält, die in den Datenbanken als FeS Oxidoreduktase, Etf -Untereinheit und zwei Untereinheiten einer membrangebundenen Fe-Hydrogenase annotiert sind. Dieser Komplex könnte ein Menaquinon über einen Q-Zyklus oder Ionenpumpen nutzen, um die endergone Reduktion von Protonen mit NADH zu Wasserstoff an die exergone Crotonyl-CoA Reduktion mit NADH zu Butyryl-CoA zu koppeln.Das Ziel des Projekts ist die anaerobe Reinigung und Charakterisierung des Butyrat-induzierten Membrankomplexes aus S. wolfei. Das Arbeitsprogramm beinhaltet die Solubilisierung des Wildtyp-Proteins, die Reinigung über chromatographische Schritte und die Charakterisierung der molekularen und kinetischen Eigenschaften. Eines der Hauptanliegen ist die Beantwortung der Frage, wie die thermodynamisch ungünstige Wasserstoffproduktion vorangetrieben wird. Deshalb sind kombinierte Enzymtests vorgesehen, die mögliche Elektronenbifurkationsreaktionen untersuchen soll. Die Ergebnisse dieses Forschungsvorhabens soll unser Wissen über die Kopplung von thermodynamisch ungünstigen Redoxreaktionen über Membrankomplexe von syntroph wachsenden Organismen erweitern.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Michael McInerney