Proteomanalyse des anaeroben regulatorischen Netzwerkes von Pseudomonas aeruginosa

Quäck, Nicole

Der anaerobe Energiestoffwechsel des opportunistisch pathogenen Bakterium P. aeruginosa ist wichtig für das Überleben während einer Infektion und in tieferen Schichten von Biofilmen und daher von großem Interesse. In dieser Arbeit wurde mit Hilfe der zweidimensionalen Gelelektrophorese das Proteom von aerob wachsenden Zellen und von anaerob denitrifizierenden Zellen analysiert. Es konnten 33 anaerob induzierte Proteine identifiziert werden. Dazu gehören bekannte Enzyme der Denitrifikation wie die Untereinheit der Nitratreduktase NarH, die Nitritreduktase NirS und der Regulator NirQ, deren anaerobe Induktion gezeigt wurde. Zwei weitere bekannte Proteine, HemF und MoaB1, sind für die Biosynthese von Kofaktoren essentiell, während das Elektronentransportprotein Azurin ebenfalls unter anaeroben, denitrifizierenden Bedingungen nachgewiesen wurde. Es konnten weiterhin 12 hypothetische Proteine identifiziert werden, deren Funktionen unbekannt sind. Für die Charakterisierung des unter anaeroben, denitrifizierenden Bedingungen essentiellen regulatorischen Netzwerkes wurden die Proteome von drei Regulationsmutanten, die in den anaeroben Regulatoren Anr, Dnr und NarL defekt sind, mit dem Proteom des Wildtyps PAO1 verglichen. Dabei konnten weitere, durch diese Regulatoren kontrollierte Proteine identifiziert werden. Dazu gehören drei neue Mitglieder des NarL-Regulons, OprE, PA5495 und PA5497 und weitere drei Proteine, kodiert durch katA, modA und PA5496, die durch Dnr und/oder Anr reguliert werden. Detektierte potentielle Anr-Bindestellen in den Promotorregionen dieser Gene bestätigten die angenommene Regulation. Diese Proteomanalysen ergänzen unser Wissen über die anaerobe Physiologie von P. aeruginosa und dessen anaerobe regulatorischen Netzwerke. Die erstellten Proteom-Karten und das Wissen über die Synthese der anaerob gebildeten Proteine sind weiterhin wertvolle Werkzeuge bei der Untersuchung der Proteinmuster von Biofilmen und Zellen unter infektionsähnlichen Bedingungen.

The anaerobic metabolism of the opportunistic human pathogen P. aeruginosa is important for growth and survival during persistent infection and in deep layers of biofilms. Thus it is of interest to first understand the anaerobic physiology and regulatory networks of P. aeruginosa. In this work the proteome of P. aeruginosa growing under aerobic and anaerobic denitrifying conditions was analyzed using two-dimensional gel electrophoresis. 33 proteins which were induced during anaerobiosis were identified. Among them are known members of the denitrification pathway known to be produced anaerobically as the subunit of the nitrate reductase NarH and the nitrite reductase NirS, as well as the regulator NirQ. Moreover, two known proteins involved in the biosynthesis of cofactors, HemF and MoaB1 and the electron transport protein azurin are increased under anaerobic denitrifying conditions. Finally 12 proteins were identified which were not known to be produced and functional during anaerobic conditions. To characterize the regulatory network essential for anaerobic denitrifying growth, the proteome of the anaerobic regulatory mutants defect in Anr, Dnr or NarL was compared to the wild type PAO1. These experiments identified several new members controlled by the three regulators. Three new members of the NarL regulon, encoded by oprE, PA5496 and PA5497 were identified as well as three proteins encoded by katA, modA and PA5496 which were induced by Dnr and/or Anr. Potential Anr binding sites in the promoter regions of these genes were identified and confirmed the proposed regulation. The proteomic analysis increased our knowledge of the anaerobic physiology of P. aeruginosa and the involved anaerobic regulatory networks. The obtained proteome maps and knowledge about the synthesis of anaerobic produced proteins is also a valuable tool to examine protein patterns of biofilms and of cells incubated under infection like conditions.

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Quäck, Nicole: Proteomanalyse des anaeroben regulatorischen Netzwerkes von Pseudomonas aeruginosa. 2005.

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