Ein neuer Weg der Schwefeloxidation: Das Heterodisulfidreduktase-ähnliche System

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Christiane Dahl
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 324957771

In der ersten Phase des Projekts haben wir eindeutige genetische Beweise dafür erbracht, dass ein Heterodisulfid-ähnlicher Enzymkomplex (sHdr) in Verbindung mit spezifischen Lipoat-bindenden Proteinen (LbpA) ein neuartiges Metalloenzymsystem bildet, das im bakteriellen Cytoplasma Schwefel zu Sulfit oxidiert. Obwohl erste Einblicke in die Struktur und Funktion des sHdr-Komplexes durch die Kristallisation der sHdrA-Untereinheit und die Aufklärung der Redoxpotentiale ihrer elektronentransferierenden prosthetischen Gruppen gewonnen wurden, bleiben viele Fragen offen. Die zweite Periode des Projekts ist daher der vollständigen Aufklärung der Genetik, Regulation und Biochemie des sHdr-Systems gewidmet. Darüber hinaus werden die biophysikalischen Eigenschaften der gebundenen prosthetischen Gruppen bearbeitet, sowie der Reaktionsmechanismus und der Elektronenfluss innerhalb des Komplexes aufgeklärt und Interaktionspartner identifiziert. Wir werden die folgenden Hauptfragen angehen:1. Wie sieht die genaue Zusammensetzung des funktionell aktiven sHdr-Komplexes aus? 2. Welche prosthetischen Gruppen sind vorhanden, was sind ihre Eigenschaften und wie wirken sie zusammen?3. Können wir einen Reaktionsmechanismus für das sHdr-LbpA-System aufzeigen? 4. Wie wird die sHdr-Komplexbildung auf transkriptioneller Ebene in chemoorganotrophen Organismen wie Hyphomicrobium denitrificans reguliert? Wie ist in diesen Organismen die Funktion des sHdr-Komplexes mit zentralen Wegen des Kohlenstoff- und Energiestoffwechsels verwoben?Antworten auf die oben genannten Fragen sollen durch eine Kombination verschiedener experimenteller Ansätze gewonnen werden. Die Zusammensetzung des sHdr-Komplexes wird in Zellhomogenaten und/oder Membranen von Modellorganismen mittels nativer Blue-PAGE und Immunodetektion untersucht. Der sHdr-Komplex wird aus chemolithoautotrophen Ausgangsorganismen gereinigt werden. Eine detaillierte biochemische, biophysikalische und strukturelle Charakterisierung des reinen Komplexes wird weitere Erkenntnisse liefern. Die Aktivität des Komplexes wird in Gegenwart von holo-LbpA-Proteinen untersucht, die aus dem Projekt 433613342 zur Verfügung stehen. Genetische Studien einschließlich Geninaktivierung und Komplementierung im genetisch zugänglichen H. denitrificans werden nicht nur zur Klärung der transkriptionellen Regulation der shdr-Gene beitragen, sondern auch weitere wichtige Komponenten des sHdr-Stoffwechselweges identifizieren. Wachstumsexperimente mit H. denitrificans Wildtyp, Deletions- und Komplementationsmutanten auf verschiedenen Substraten oder Kombinationen davon sind entscheidend für das Verständnis des Zusammenspiels von Kohlenstoff-Stoffwechsel und Oxidation von anorganischen Elektronendonatoren in diesem weit verbreiteten Alphaproteobakterium sowie in den vielen anderen Bakterien, die zu ähnlichen gemischten Stoffwechselmodi fähig sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen