Molekulare Regulation und Biochemie des anaeroben Langzeitüberlebens von Pseudomonas aeruginosa

Eschbach, Martin

Der anaerobe Energiestoffwechsel ist eine der Grundlagen für die Biofilmbildung und die Infektion durch das opportunistisch pathogene Bakterium P. aeruginosa. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, dass die anaerobe Fermentation von Pyruvat zu Lactat, Acetat und Succinat die Basis für das Langzeitüberleben dieses Organismus bis zu 17 Tagen bietet. Dabei wird die beteiligte Lactat-Dehydrogenase vom ldhA-Gen kodiert, das unabhängig vom Sauerstoffpartialdruck exprimiert wird. Die für die Acetatbildung nötigen Enzyme Phosphotransacetylase und Acetatkinase werden durch das ackA-pta-Operon kodiert, welches über den Sauerstoffregulator Anr und das DNA-biegende Protein IHF induziert wird. Zugehörige Bindestellen für diese Regulatoren wurden stromaufwärts des ackA-pta-Operons identifiziert. Schließlich wurde das Anr-abhängige Proteom von P. aeruginosa mittels 2-D Gelelektrophorese bestimmt. Es enthielt Proteine der Denitrifikation, der Arginin-Fermentation sowie die zugehörigen Enzyme der Biosynthese benötigter Kofaktoren und Transporter. Die erzielten Ergebnisse geben erste detaillierte Einblicke in das Zusammenspiel Anr-abhängiger Prozesse während unterschiedlicher anaerober Adaptationsprozesse.

Denitrification and arginine fermentation are central metabolic processes performed by the opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa during biofilm formation and infections of lungs of patients with cystic fibrosis. Genome wide searches for additional components of the anaerobic metabolism identified potential genes for pyruvate metabolizing NADH-dependent lactate dehydrogenase (ldhA), phosphotransacetylase (pta) and acetate kinase (ackA). While pyruvate fermentation alone does not sustain significant anaerobic growth of P. aeruginosa, it provides the bacterium with the metabolic capacity for long-term survival of up to 17 days. Detected conversion of pyruvate to lactate and acetate is dependent on the presence of intact ldhA and ackA-pta loci, respectively. Reporter gene fusion analysis and enzyme activity measurements demonstrated the anr- and ihfA-dependent anaerobic induction of the ackA-pta promoter. Potential Anr and IHF binding sites were localized. No obvious ldhA regulation by oxygen tension was observed. In the second part of this work the Anr-dependent proteome of P. aeruginosa was investigated by 2-D gel electrophoresis. Proteins involved in denitrification, arginine fermentation and enzymes for the corresponding cofactors and transporters were identified. Furthermore serveral previously unknown Anr-dependnet putative promoters were identified.

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Eschbach, Martin: Molekulare Regulation und Biochemie des anaeroben Langzeitüberlebens von Pseudomonas aeruginosa. 2004.

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