Genetics and biochemistry of the catabolism of 5-hydroxyectoine and ectoine in the marine bacterium Ruegeria pomeroyi DSS-3

Autor: Schulz, Annina, Bremer, Erhard (Prof. Dr.)
Jazyk: němčina
Rok vydání: 2016
Předmět:
DOI: 10.17192/z2016.0475
Popis: The main focus of this study was on the catabolism of ectoines by the marine bacterium Ruegeria pomeroyi DSS-3. Based on the hypothesis of an enzymatic mechanism for the conversion of 5-hydroxyectoine to form ectoine and its subsequent degradation to L-aspartate, the physiological, genetic and biochemical requirements for the catabolism of ectoines were investigated. A chromosomal deletion of the enuR-uehABC-usp-eutABCDE-ssd-atf-operon in R. pomeroyi DSS-3 abolishes the utilization of these compounds as carbon and nitrogen sources. Bioinformatics showed that the phylogenetic distribution of ectoine consumers is restricted to the Proteobacteria and the genetic arrangement of the corresponding genes is not evolutinarily conserved. Using Northern Blot analyses and reporter gene fusions I was able to show that transcription of the catabolic ectoine/5-hydroxyectoine operon in R. pomeroyi is governed by a constitutive as well as a substrate inducible promoter. The transcriptional regulator EnuR belongs to the MocR/GabR-subfamily of transcriptional regulators and is a repressor as well as an activator for the operon. Its dependence on the cofactor pyridoxal-5'-phosphate and on two intermediates of the catabolic route was shown. In addition to EnuR the transcriptional activator AsnC, belonging to the 'feast-and-famine' family of transcriptional regulators, is coded for in the catabolic Ectoine-operon. The uptake and catabolism of alternative nitrogen sources in bacteria depend on the general nitrogen control (Ntr-) system. In R. pomeroyi DSS-3 the NtrXY two-component system is part of this Ntr system and as such, also involved in the regulation of Ectoin uptake and catabolism. Based on the biochemical and genetic analyses conducted here, a model for the transcriptional control of the catabolic gene cluster, comprising two transcriptional regulators and a two-component system of the general nitrogen control, was established.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Katabolismus von Ectoinen durch das marine Bakterium Ruegeria pomeroyi DSS-3 untersucht. Basierend auf der Hypothese eines katabolen Mechanismus für die Umwandlung von 5-Hydroxyectoin zu Ectoin und dem anschließenden Abbau zu L-Aspartat wurden die physiologischen, genetischen und biochemischen Voraussetzungen des Katabolismus analysiert. Eine chromosomale Deletion des enuR-uehABC-usp-eutABCDE-ssd-atf-Operons verhinderte das Wachstum von R. pomeroyi DSS-3 auf sowohl Ectoin als auch 5-Hydroxyectoin als Kohlenstoff- und Stickstoffquelle. Bioinformatische Analysen zeigten, dass diese Fähigkeit ausschließlich auf das Phylum der Proteobacteria beschränkt ist und einer hohen genetischen Diversität unterliegt. Durch 'Northern Dot Blot'-Analysen und Reportergenfusionen wurde gezeigt, dass die Transkription des Genclusters sowohl von einem konstitutiven als auch von einem substratinduzierbaren Promotor erfolgt. Der MocR-Typ Transkriptionsregulator EnuR ist sowohl Repressor als auch Aktivator des vorliegenden Genclusters und ist neben seiner prosthetischen Gruppe Pyridoxal-5'-Phosphat auch von zwei Stoffwechselintermediaten als interne Induktoren abhängig. In dem katabolen Ectoin-Operon wird zusätzlich für den Transkriptionsfaktor, der 'feast-and-famine'-Familie, AsnC kodiert, welcher neben EnuR für die Aktivierung des Promotors verantwortlich ist. Für die Aufnahme und den Katabolismus von alternativen Stickstoffquellen ist in vielen bakteriellen Organismen, so auch in R. pomeroyi DSS-3, unter anderem auch das NtrXY-Zweikomponentensystem zuständig. Basierend auf biochemischen und genetischen Untersuchungen, wird ein Modell für die transkriptionelle Kontrolle des katabolen Ectoin- Genclusters beschrieben, welches von den zwei Transkriptionsregulatoren EnuR und AsnC und dem Zweikomponentensystem der generellen Stickstoffkontrolle NtrXY abhängt.
Databáze: OpenAIRE
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