Hexoseabbauwege und deren transkriptionelle Regulation in halophilen Archaea

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Schönheit
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 286542984

Das halophile Archaeon Haloferax volcanii verwertet die Hexosen D-Glucose und D-Galactose und die Deoxy-Hexose L-Rhamnose als Kohlenstoff- und Energiequelle. Bisherige Untersuchungen unserer Arbeitsgruppe deuten darauf hin, dass Glucose über einen semiphosphorylierenden Entner-Doudoroff Weg und D-Galactose über einen De Ley-Doudoroff Weg abgebaut werden. Der Transport von Glucose und Galactose, einige Schlüsselenzyme der Abbauwege und die transkriptionelle Regulation wurden bisher nicht detailliert untersucht. Auch wurde bisher der Abbau von L-Rhamnose in Haloarchaea nicht untersucht. In der genomischen Umgebung des Gens der Glucose Dehydrogenase, des ersten Enzyms des Glucoseabbaus, haben wir den putativen Transkriptionsregulator PyrE1 identifiziert, der homolog ist zu den ungewöhnlichen Transkriptionsregulatoren des Purin- und Pyrimidinstoffwechsels einiger Gram-positiver Bacteria. Weiterhin haben wir im Gencluster des Galactoseabbaus in H. volcanii einen IclR ähnlichen Regulator identifiziert. Erste Untersuchungen deuten auf eine Funktion beider Regulatoren als Transkriptionsaktivatoren des Glucose- bzw. Galactoseabbaus hin. In dem Gencluster des Galactoseabbaus befindet sich ein ABC Transporter als mögliches Transportsystem für die Galactose. In Haloarcula marismortui befindet sich in der Nähe der Glucose Dehydrogenase - wie in H. volcanii - ein PyrE1 homologer Transkriptionsregulator sowie ein ABC Transporter, ein erster Hinweis auf einen möglichen Transporter für die Glucoseaufnahme. Bei Wachstum von H. volcanii auf L-Rhamnose wurde eine L-Rhamnose Dehydrogenase Aktivität induziert, was auf einen nicht-phosphorylierten Rhamnoseabbauweg hindeutet. Im Genom von H. volcanii haben wir zwei Gencluster identifiziert, die für hypothetische Rhamnoseabbauwege sowie für ABC Transporter und IclR ähnliche Transkriptionsregulatoren kodieren. In dem geplanten Forschungsvorhaben sollen der Transport, die Enzyme der Abbauwege und deren transkriptionelle Regulation von D-Glucose, D-Galactose und L-Rhamnose in Haloarchaea untersucht werden. Die Beteiligung der ABC Transporter am Zuckertransport sollen durch Deletionsanalysen und Charakterisierung der Substratbindeproteine untersucht werden. Ausgewählte Schlüsselenzyme der Zuckerabbauwege sowie die Transkriptionsregulatoren PyrE1 und IclR sollen charakterisiert werden. Die Untersuchungen werden eine Beitrag leisten zum Verständnis der ungewöhnlichen Zuckerabbauwege in Haloarchaea und der Beteiligung von neuartigen Transkriptionsregulatoren in der Domäne der Archaea.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Dr. Ulrike Johnsen