Hechler, Torsten (2007)
Der Einfluss von Anaerobie und von Glucose auf die Gasvesikelbildung in halophilen Archaea.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss von Umweltfaktoren auf die Gasvesikelbildung in halophilen Archaea zu untersuchen. Die Synthese der Gasvesikel erfordert die Expression der sogenannten gvp-Gene, die in der vac-Region lokalisiert sind. In dem extrem halophilen Gasvesikelproduzenten Halobacterium (Hbt.) salinarum findet man zwei dieser Regionen (p-vac- und c-vac-Region), in dem moderat halophilen Gasvesikelproduzenten Haloferax (Hfx.) mediterranei dagegen nur die mc-vac-Region. Die gvp-Gene sind dabei jeweils in zwei entgegengesetzt orientierten Gengruppen angeordnet und stehen unter der Kontrolle der beiden Hauptpromotoren PA und PD. An der Regulation der Expression der Gasvesikelgene sind der Transkriptionsaktivator GvpE und das repressorisch wirkende GvpD beteiligt. Es war bereits bekannt, dass Hfx. mediterranei Gasvesikel in Abhängigkeit von der Salzkonzentration und von der Wachstumsphase bildet. Hbt. salinarum dagegen enthält unabhängig von der Salzkonzentration in jeder Wachstumsphase Gasvesikel. In dieser Arbeit wurde der Einfluss von Sauerstoff und von Glucose auf die Bildung von Gasvesikeln in Hfx. mediterranei und Hbt. salinarum untersucht. Dabei wurden zusätzlich Transformationsstudien mit dem gasvesikelfreien Stamm Hfx. volcanii durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass sowohl Hfx. mediterranei wie auch Hbt. salinarum unter anaeroben Bedingungen deutlich weniger Gasvesikel bilden als unter aeroben Bedingungen. Sowohl die Transkripte unter der Kontrolle des PA-Promotors wie auch des PD-Promotors waren in anaerob gewachsenen Zellen um den Faktor 10 im Vergleich zu aerob gewachsenen Zellen reduziert. Untersuchungen an Hfx. mediterranei ergaben, dass die Proteine GvpA, GvpD und GvpF unter anaeroben Bedingungen in deutlich geringeren Mengen vorhanden sind, als unter aeroben Bedingungen. In der ∆D-Transformante von Hfx. volcanii (enthält eine 918 bp großen Deletion im Gen mc-gvpD und damit kein funktionales GvpD Protein) war die Menge der Transkripte für die Strukturproteine der Gasvesikel sowie die GvpA-Menge unter anaeroben Bedingungen im Vergleich zu aeroben Bedingungen ebenfalls deutlich reduziert. Dadurch konnte gezeigt werden, dass die Reduktion der Gasvesikelbildung unter anaeroben Bedingungen unabhängig von dem repressorischen Protein GvpD stattfindet, und auch die Assemblierung der Gasvesikel betrifft. Neben dem Einfluss von Anaerobie wurde auch der Einfluss von Glucose und von einigen weiteren Zuckern (Hexosen, Pentosen und Disacchariden) auf die Gasvesikelbildung untersucht. Dies ergab sich aus der zufälligen Beobachtung, dass die Gasvesikelbildung in Hfx. mediterranei und mc-vac-Transformanten in Medien für anaerobes Wachstum inhibiert wurde, die neben Nitrat als terminalem Elektronenakzeptor auch Glucose enthielten. In mc-vac-Transformanten wurde in Glucosemedien die Menge der Transkripte für die Strukturproteine der Gasvesikel und die GvpA-Menge im Vergleich zu zuckerfreien Medien reduziert. Mit dem BgaH-Reportergen, das für ein halophiles Protein mit einer ß-Galaktosidase-Aktivität kodiert, wurde der Einfluss von Glucose auf die Aktivität der Promotoren PmcA und PmcD quantifiziert. Die BgaH-Aktivitäten in den Transformanten in Glucosemedien waren im Vergleich zu zuckerfreiem Wachstumsmedium um den Faktor 10 reduziert. Die Anwesenheit des Transkriptionsaktivators GvpE führte in PmcA-bgaH-Transformanten zu einer Abschwächung des inhibitorischen Effektes der Glucose. Mit der ∆D-Transformante konnte gezeigt werden, dass auch die glucose-induzierte Reduktion der Gasvesikelbildung unabhängig von GvpD stattfindet, und die Assemblierung der Gasvesikel betrifft. Anaerobie führte in Hbt. salinarum, Hfx. mediterranei und Hfx. volcanii-Transformanten zu einer Reduktion, bzw. völligen Unterdrückung der Gasvesikelbildung. Glucose inhibierte die Gasvesikelbildung nur in Hfx. mediterranei und Hfx. volcanii-Transformanten. In beiden Fällen findet die Regulation wahrscheinlich nicht nur auf genetischer Ebene statt, zusätzlich ist möglicherweise auch ein Schritt in der Assemblierung der Gasvesikel betroffen.

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