MetaboArchaea - Verwendung von D-Mannose und D-Fructose bei Vertretern der Sulfolobales - Bedeutung des oberen Embden-Meyerhof-Parnas-Weges

• Antragstellerinnen: Privatdozentin Dr. Meina Neumann-Schaal; Professorin Dr. Bettina Siebers
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 509500657

Die Komplexität des archaeellen Metabolismus ähnelt der von Bakterien und niederen Eukaryoten, jedoch sind selbst die generischen Wege des Zentralstoffwechsels durch viele neue Wege und Enzyme gekennzeichnet, die keine Ähnlichkeit mit den bakteriellen und eukaryotischen Gegenstücken aufweisen. Die Verwendung neuartiger Enzyme geht mit unterschiedlichen enzymatischen und regulatorischen Eigenschaften einher, die einen großen Einfluss auf die Stoffwechselregulation haben. Die Modellorganismen dieses Projekts sind die thermoacidophilen Crenarchaeota Sulfolobus (jetzt Saccharolobus) solfataricus P2 und Sulfolobus acidocaldarius DSM 639. Für Sulfolobus spp. sind viele biochemische und genetische Informationen verfügbar und das Wissen über den Stoffwechsel wurde durch polyomische und systembiologische Ansätze verbessert. S. solfataricus kann auf einer Vielzahl Kohlenstoffquellen wie Zuckern, Alkoholen und Aminosäuren aerob wachsen. Die Stoffwechselwege für den Abbau von D-Glucose/Galactose und für Pentosen über den verzweigten Entner-Doudoroff-Weg bzw. über den Weimberg- oder Dahms-Weg sind gut untersucht. Obwohl S. solfataricus auf D-Mannose und D-Fructose gut wachsen kann, sind die Abbauwege unbekannt. Die meisten Mikroorganismen bauen D-Mannose und D-Fructose über den Embden-Meyerhoff-Parnas-Weg ab. Dieser wird aufgrund der fehlenden 6-Phosphofructokinase in Sulfolobus spp. nur für den Anabolismus verwendet, was auf modifizierte Wege für den Abbau von D-Mannose und D-Fructose hindeutet. Erste 13C6-D-Mannose-Spiking-Experimente deuten auf das Vorhandensein eines modifizierten ED-Stoffwechselwegs, des oberen EMP-Stoffwechselwegs sowie alternativer Stoffwechselwege hin, jedoch müssen die entsprechenden Stoffwechselwege und Enzyme noch identifiziert und die jeweiligen Enzyme charakterisiert werden. Im Gegensatz zu S. solfataricus kann S. acidocaldarius nicht auf D-Mannose oder D-Fructose als einzige Kohlenstoff- und Energiequelle wachsen. D-Mannose ist jedoch Hauptbestandteil im verzweigten Glucanbaum des umgebenden kristallinen Proteinhülle (S-Layer) und in den extrazellulären polymeren Substanzen (EPS) von S. acidocaldarius. Daher spielt D-Mannose eine wesentliche Rolle bei der archaeellen N- und O-Glykosylierung und der EPS-Bildung.Ziel dieser Studie ist es, die Wege für den Abbau von D-Mannose und D-Fructose in S. solfataricus aufzudecken und die beteiligten Enzyme sowie ihre regulatorischen Eigenschaften mithilfe von Transkriptom-, Proteom- und Metabolomstudien, hochauflösender Massenspektrometrie, Rohextraktmessungen und Charakterisierung der rekombinanten Enzyme zu entschlüsseln. Die Bedeutung von UDP-Mannose und der Stoffwechselweg zur Bildung von D-Mannose und UDP-Mannose soll in S. acidocaldarius durch Deletionsstämme und Charakterisierung der rekombinanten Enzyme untersucht werden. Das Ziel ist es, die physiologische Funktion dieses Weges zu entschlüsseln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen