Bakterieller Metabolismus von Steroidverbindungen: Untersuchungen zu einem Abbauweg für Gallensalze innerhalb der Familie Sphingomonadaceae

• Antragsteller: Professor Dr. Bodo Philipp
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 508055867

Dieser Antrag hat zum Ziel, einen Stoffwechselweg in Umweltbakterien aufzuklären, der für den aeroben Abbau von Gallensalzen verantwortlich ist. Gallensalze sind oberflächenaktive Steroidverbindungen, die im Verdauungstrakt aller Wirbeltiere produziert werden und über Ausscheidungen in die Umwelt gelangen, wo sie einem aeroben und anaeroben bakteriellen Stoffwechsel unterworfen sind. In früheren Förderperioden haben wir eine neue Variante des Stoffwechselwegs identifiziert, die von einer bestimmten Familie von Umweltbakterien, den Sphingomonadaceae, genutzt wird, die für ihr Potenzial zum biologischen Abbau von Schadstoffen bekannt sind. Unseren genomischen, proteomischen und biochemischen Untersuchungen zufolge zeichnet sich diese Stoffwechselvariante insbesondere durch eine noch unbekannte Reaktionssequenz für den Abbau der Carboxyl-Seitenkette aus, die Bestandteil aller Gallensalze ist und an einer bestimmten Position an das Steroidgerüst gebunden ist. Der einleitende Teil dieses Seitenkettenabbaus verläuft über die Einführung einer Doppelbindung durch eine Acyl-CoA-Dehydrogenase an einer bekannten Position. Die weiteren Reaktionen zur Abspaltung der Seitenkette vom Steroidgerüst sind unbekannt, da unserem Modellorganismus Sphingobium sp. Stamm Chol11 und verwandten Sphingomonaden die für diesen Prozess erforderlichen Gene, welche von anderen steroidabbauenden Bakterien bekannt sind, vollständig fehlen. Proteomische und physiologische Analysen deuten auf die Beteiligung einer Hydroxylierung an einer unbekannten Stelle durch eine Rieske-Monooxygenase hin. In dem beantragten Projekt wollen wir den Seitenkettenabbau in zwei Modellorganismen in parallelen Ansätzen mit genetischen, physiologischen und biochemischen Methoden untersuchen. Insbesondere wollen wir Kandidatengene für den Seitenkettenabbau einschließlich der oben erwähnten Monooxygenase ausschalten, um die Rolle der kodierten Proteine im Stoffwechselweg zu analysieren. Parallel dazu werden wir den Abbauweg mit ganzen Zellen und Zellextrakten analysieren, indem wir Zwischenprodukte des vorgeschlagenen Weges als Substrate einsetzen. Diese Zwischenprodukte müssen zuvor durch Biotransformation hergestellt werden. Schließlich wollen wir auch die Schlüsselenzyme dieses Stoffwechselweges isolieren und charakterisieren. Neben der Aufklärung eines neuartigen bakteriellen Stoffwechselweges ist dieses Projekt auch für die Ökologie von Bedeutung, da es sich mit dem Abbau potenziell ökotoxischer Steroide in der Umwelt befasst, die in relativ hoher Konzentration über Gülle in landwirtschaftliche Flächen gelangen. Darüber hinaus ist unser Projekt für die Biotechnologie von Bedeutung, da es neue und nachhaltige Wege zur Herstellung bestimmter Gallensalze und anderer Steroidverbindungen, die wichtige Arzneimittel sind, eröffnen könnte.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen