Rolle von Effluxpumpen bei der Sekretion von Pyoverdin in Pseudomonas putida KT2440

• Antragsteller: Professor Dr. Heinrich Jung
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 430651076

Bakterielle Effluxpumpen sind vor allem für ihre Rolle beim Export toxischer Verbindungen wie Antibiotika bekannt. Wir und andere konnten zeigen, dass bestimmte Effluxpumpen auch für die Sekretion von Siderophoren verantwortlich sind. Siderophore stellen in der Regel Gemeinschaftsgüter dar, die potenziell von allen verwandten Zellen einer Gemeinschaft genutzt werden können, um die für den Stoffwechsel wichtigen Eisenionen zu erwerben. Siderophore sind oft artenspezifisch und damit auch Konkurrenzfaktoren, die das Wachstum nicht verwandter Mikroorganismen hemmen. Die Siderophorsekretion ermöglicht somit nicht nur bakterielles Wachstum unter Eisenmangelbedingungen, sondern beeinflusst Interaktionen zwischen Bakterien und Bakterien und eukaryotischen Wirten. In der ersten Förderperiode wurden von uns die für die Sekretion des Siderophors Pyoverdin wichtigen Effluxpumpen PvdRT-OpmQ (ATP-abhängig), MdtABC und ParYX (protonenmotorische Kraft-abhängig) des pflanzenwachstumsfördernden Bodenbakteriums Pseudomonas putida KT2440 identifiziert. Dazu wurden das Wachstum, die Sekretion und intrazelluläre Akkumulation von Pyoverdin in Mutanten analysiert. Weiterhin gelang es uns, Komponenten des PvdRT-OpmQ-Systems zu reinigen und mit biochemischen Methoden Interaktionen zwischen dem in Detergenz solubilisierten Protein und Pyoverdin nachzuweisen. In Fortführung dieser Arbeiten soll nun (1) der molekulare Mechanismus des PvdRT-OpmQ-Systems unter Verwendung der rekonstituierten und assemblierten Komponenten des Systems aufgeklärt werden. Dazu gehören die Transportkinetik, die Substratspezifität, die Grundlagen der Energetisierung und funktionell wichtige Interaktionen mit anderen Proteinen. (2) Der Einfluss von oxidativem und Säurestress auf die Sekretionsaktivität von PvdRT-OpmQ soll in vitro und in vivo untersucht werden. Diese Studien beinhalten auch den Einfluss der Stress-induzierten Modulation der Pyoverdin-Sekretion auf soziale Interaktionen in Pseudomonas-Populationen. Wir erwarten neue Einblicke in die Bedeutung und molekulare Funktionsweise bakterieller Effluxpumpen. Langfristig können die Ergebnisse dazu beitragen, Pyoverdin-vermittelte Interaktionen zwischen Organismen gezielt zu modulieren, Bioremediationsverfahren zu verbessern und therapeutische Maßnahmen gegen arzneimittelresistente Pathogene, wie den Einsatz von Pyoverdin-Wirkstoff-Konjugaten, zu optimieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen