Welche Rolle spielt SbtC bei der Assimilation von anorganischem Kohlenstoff in Cyanobakterien?

• Antragsteller: Professor Dr. Martin Hagemann; Privatdozent Dr. Stephan Klähn
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 529271939

Cyanobakterien sind photoautotrophe Prokaryoten, die tagsüber CO2 assimilieren und nachts den angesammelten organischen Kohlenstoff katabolisieren. In aquatischen Systemen ist die für die Photosynthese verfügbare CO2-Menge begrenzt und sehr variabel, sodass Cyanobakterien einen effizienten CO2-Konzentrationsmechanismus (CCM) entwickelt haben. Dabei spielt der hochaffine Bicarbonat-Transporter SbtA eine entscheidende Rolle, der unter CO2-limitierten Bedingungen exprimiert wird. In vielen Cyanobakterien wird das sbtA-Gen zusammen mit dem sbtB-Gen exprimiert. Das kodierte protein SbtB wiederum übt eine regulatorische Wirkung auf die SbtA-Transportaktivität und die CO2-regulierte Genexpression aus. Transkriptomuntersuchungen am Modellcyanobakterium Synechocystis sp. PCC 6803 ergaben Hinweise, dass vor dem sbtAB Operon ein bisher unbekanntes Gen lokalisiert ist, das für ein 80 Aminosäuren langes Protein, genannt SbtC, kodieren könnte. SbtC-kodierende Gene sind im cyanobakteriellen Phylum gut konserviert und häufig mit sbtAB im Genom co-lokalisiert. Unsere Voruntersuchungen zeigten, dass sbtC genau wie das sbtAB-Operon unter CO2-Mangelbedingungen stark in der Expression stimuliert wird und dass SbtB sowie der Regulator RbcR dabei eine positive Rolle spielen. Die CO2-abhängige Regulation sowie die Co-Lokalisation mit SbtAB-Genen in cyanobakteriellen Genomen machen es sehr wahrscheinlich, dass SbtC eine bisher unbekannte Rolle in Kooperation mit SbtA bzw. SbtB bei der Funktion bzw. Regulation des cyanobakteriellen CCMs spielt. Das Projekt zielt darauf ab, die Funktion von SbtC aufzudecken und folgt zwei Haupthypothesen: 1. SbtC spielt eine strukturelle Rolle bei der Etablierung eines SbtAB-Superkomplexes, der für eine effiziente Bicarbonataufnahme erforderlich ist. 2. SbtC spielt eine regulatorische Rolle bei der koordinierten Genexpression unter verschiedenen CO2-Bedingungen. Diese Untersuchungen sollen nicht nur ermöglichen, den cyanobakteriellen Kohlenstoffwechsel und insbesondere die Rolle des neuen Proteins SbtC besser zu verstehen, sondern können auch dazu beitragen den cyanobakteriellen CCM zukünftig gezielt für biotechnologische Anwendungen zu optimieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen