Definition des regulatorischen Netzwerkes von Pseudomonas aeruginosa zur Anpassung an anaerobe Lebensbedingungen

Trunk, Katharina

Das Pathogen Pseudomonas aeruginosa infiziert die Lungen von Mukoviszidose-Patienten. Dort dringt es in den Mukus ein und bildet Mikrokolonien, die eine Entzündungsreaktion verursachen. Durch die P. aeruginosa-Besiedelung sinkt der Sauerstoffpartialdruck des Mukus, wodurch eine mikroaerobe bis anaerobe Umgebung entsteht. Es ist somit von Bedeutung, die anaeroben Wachstumsbedingungen und das dazugehörige regulatorische Netzwerk von P. aeruginosa zu verstehen. Mittels der vergleichenden Transkriptomanalyse anaerob gegenüber aerob gewachsener P. aeruginosa Zellen konnten 413 differentiell exprimierte Gene identifiziert werden, die den Gruppen Energiemetabolismus, Stressreaktion durch Sauerstoffmangel und Wachstumsstop aufgrund der anaeroben Inkubation aerober Zellen zugeordnet wurden. Zur Aufklärung des regulatorischen Netzwerkes wurden vergleichende Transkriptomanalysen von Negativmutanten des globalen anaeroben Regulators Anr und dem für die Denitrifikation notwendigen Regulators Dnr durchgeführt. Mittels dieser Analysen konnten dem Anr-Regulon 63 Gene und dem Dnr-Regulon 11 Gene zugeordnet werden. Zur weiteren Charakterisierung des Anr-Regulons wurden P. aeruginosa Chemostat-Kulturen unter mikroaeroben und denitrifizierenden Bedingungen kultiviert und diese einer differentiellen Transkriptom- und Proteomanalyse unterzogen. Mit Hilfe der Microarray-Analyse konnten 94 unterschiedlich regulierte Gene und mittels der Proteomanalyse 24 differentiell regulierte Proteine detektiert werden, die dem Energiestoffwechsel, dem Quorum Sensing und dem Typ III-Sekretionssystem zugeordnet werden konnten. Die im Rahmen der vorliegenden Arbeit gewonnenen Daten können die Grundlage für die Aufklärung des komplexen Regulationsnetzwerkes für die Umstellung von aerober über mikroaerophiler zu anaerober Lebensweise von P. aeruginosa bilden und so zentrale Prozesse der Biofilmbildung und Infektion auf molekularer Ebene verständlich machen.

The pathogen Pseudomonas aeruginosa is found in the lungs of cystic fibrosis patients, where it enters the mucus and forms micro-colonies, causing an inflammatory reaction. These colonies of P. aeruginosa further decrease the oxygen tension of the mucus environment, resulting in a microaerobic to anaerobic environment. Thus it is of interest to understand the anaerobic growth conditions and regulatory networks of P. aeruginosa. Using transcriptomic analyses of anaerobically and aerobically grown P aeruginosa cells, 413 differentially expressed genes were identified. These belong to the groups of energy metabolism, stress reaction by oxygen depletion and growth stop due to the anaerobic incubation of aerobic cells. As Anr is the global anaerobic regulator and Dnr is the regulator for denitrification, Anr- and Dnr-mutants were used for comparative analyses. This way, 63 genes could be assigned to the Anr- and 11 genes to the Dnr-Regulon. The Anr-Regulon of P. aeruginosa was further characterised by differential transcriptome and proteome analyses using microaerobic and denitrifying chemostat cultures. While 94 differentially expressed genes were identified using Microarray analyses, 24 differentially regulated proteins were identified using 2D-gel analyses. These genes and proteins could be assigned to energy metabolism, quorum sensing and type III secretion system. This work provides the basis for the identification of the complex regulon used by P. aeruginosa for the adaptation to aerobic, microaerophilic and anaerobic environments. These data can be used to improve the understanding of central processes of biofilm formation and infection on the molecular level.

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Trunk, Katharina: Definition des regulatorischen Netzwerkes von Pseudomonas aeruginosa zur Anpassung an anaerobe Lebensbedingungen. 2005.

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