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Biochemische, biotechnologische und molekularbiologische Analyse eines Signaltransduktionsweges in Corynebacterium glutamicum

By Maike Silberbach

Abstract

Das gram-positive Bodenbakterium Corynebacterium glutamicum hat seit seiner Entdeckung in den 1950er Jahren eine herausragende industrielle Bedeutung erlangt. Auf Grund seiner Fähigkeit zur Produktion großer Mengen an Aminosäuren wie z. B. L-Glutamat und L-Lysin wird dieser Mikroorganismus für verschiedene Fermentationsprozesse eingesetzt. Da der zelluläre Stoffwechsel und insbesondere die Aminosäurebiosynthese von der Verfügbarkeit der Stickstoffquellen abhängt, ist die detaillierte Kenntnis der involvierten Regulationsmechanismen von Interesse. Alle Prozesse, welche in die Organisation der Stickstoffaufnahme und -assimilation bei unterschiedlichen Stickstoffverfügbarkeiten involviert sind, fasst man unter dem Begriff Stickstoffkontrolle zusammen. Bisherige Projekte fokussierten die Identifizierung und Charakterisierung einzelner Komponenten der Stickstoffkontrolle in C. glutamicum. Im Gegensatz dazu war der Schwerpunkt dieser Arbeit die globale Analyse aller Gene und Proteine, deren Expression und/oder Synthese sich in Abhängigkeit der Stickstoffversorgung ändert. Einerseits wurde die Antwort von C. glutamicum auf abrupten Stickstoffhunger im Schüttelkolben und andererseits auf Stickstofflimitierung in einer kontinuierlichen Fermentation mit Fokus auf komplexe Änderungen im Transkriptions- und Proteomprofil der Zellen untersucht. Dazu kamen zwei globale Analysetechniken zum Einsatz, die DNA-Microarray-Analyse und die 2-D-Gelelektrophorese. Zwei bedeutende Adaptationsmechanismen stellten sich als die Kernkomponenten der Antwort auf beide Mangelsituationen heraus: die umfangreiche Anpassung der Transportkapazität und die Neuorganisation metabolischer Stoffwechselwege. Insbesondere Stoffwechselwege des Stickstoffmetabolismus und der Aminosäurebiosynthese waren betroffen. Die Etablierung der kontinuierlichen Fermentation erlaubte die Gewinnung von Zellmaterial aus einem definierten und gut reproduzierbaren Wachstumsstadium. Dies resultierte in einer wesentlich gerichteteren Antwort auf Stickstoffmangel, die auch eine Expressionsregulation zur Erhöhung der Proteinstabilität und zur Deckung des gesteigerten Energiebedarfs umfasste. Zusätzlich konnte die Sensitivität der globalen Analysetechniken, insbesondere der Proteomanalyse, entscheidend verbessert werden. In dieser Arbeit konnten erstmals signifikante Unterschiede zwischen den Proteommustern unlimitierter und stickstofflimitierter Zellen mit einer einfachen Coomassie-Färbung detektiert werden, welche die Daten des Transkriptomansatzes sowohl verifizierten als auch ergänzten

Topics: Life sciences
Year: 2004
OAI identifier: oai:USBKOELN.ub.uni-koeln.de:1410

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