The deep-subsurface sulfate reducer Desulfotomaculum kuznetsovii employs two methanol-degrading pathways

Methanol is generally metabolized through a pathway initiated by a cobalamine-containing methanol methyltransferase by anaerobic methylotrophs (such as methanogens and acetogens), or through oxidation to formaldehyde using a methanol dehydrogenase by aerobes. Methanol is an important substrate in deep-subsurface environments, where thermophilic sulfate-reducing bacteria of the genus Desulfotomaculum have key roles. Here, we study the methanol metabolism of Desulfotomaculum kuznetsovii strain 17T, isolated from a 3000-m deep geothermal water reservoir. We use proteomics to analyze cells grown with methanol and sulfate in the presence and absence of cobalt and vitamin B12. The results indicate the presence of two methanol-degrading pathways in D. kuznetsovii, a cobalt-dependent methanol methyltransferase and a cobalt-independent methanol dehydrogenase, which is further confirmed by stable isotope fractionation. This is the first report of a microorganism utilizing two distinct methanol conversion pathways. We hypothesize that this gives D. kuznetsovii a competitive advantage in its natural environment.Research was funded by grants of the Division of Chemical Sciences (CW-TOP 700.55.343) and Earth and Life Sciences (ALW 819.02.014) of The Netherlands Organisation for Scientific Research (NWO), the European Research Council (ERC grant 323009), and the Gravitation grant (024.002.002) of the Netherlands Ministry of Education, Culture and Scienceinfo:eu-repo/semantics/publishedVersio

Untersuchungen zur anaeroben Bildung von Essigsäure durch Acetogenium kivui

Für die Herstellung von Essigsäure werden bisher hauptsächlich aerobe mikrobielle Verfahren angewendet. Dagegen ist über die anaerobe Gewinnung mit homoacetogenen Bakterien sowie über die physiologischen Hintergründe der Wirkung von Essigsäure auf die Zelle noch wenig bekannt. Aus diesem Grund wurde sowohl die Umsetzung von Glucose zu Essigsäure unter verschiedenen Kulturbedingungen als auch ihr Einfluß auf das Wachstum der Zellen bei homoacetogenenBakterien untersucht. 1. Drei thermophile und sechs mesophile homoacetogene Bakterienstämme wurden auf ihre Fähigkeit, aus Glucose quantitativ Essigsäure zu bilden, untersucht. Bei A. kivui wurde von allen getesteten Organismen die höchste Zellaktivität von 0,24 mMol/min•g TM in der exponentiellen Wachstumsphase bestimmt, Glucose wurde von A. kivui zu 85 % der theoretischen maximalen Ausbeute umgesetzt, wobei die Produkt-Endkonzentration 625 mM betrug. 2. Eine Steigerung der Acetatendkonzentration auf über 700 mM sowie eine Verkürzung der Fermentationszeit um 20 % konnte durch ein semikontinuierliches Verfahren mit A. kivui erreicht werden. Dabei blieb die Aktivität der Kultur über mehrere Zyklen stabil. In kontinuierlicher Kultur betrug die höchste Essigsäurekonzentration 420 mM bei einer Durchflußrate von 0,017 h$^{-1} \cdot$. Die Produktionsrate war bei hohen Durchflußraten und geringen Acetatkonzentrationen maximal und betrug 43 mMOL/l•h. 3. Die Bestimmung der Komponenten der protonenmotorischen Kraft $\Delta$pH und $\Delta$Y zeigte, daß bei der Abnahme des externen pH-Wertes von 6,4 auf 4,8 in Gegenwart von 150 mM Acetat der interne pH von 6,8 auf 5,7 abfiel und bei weiterer Ansäuerung des Zytosols $\Delta$pH und $\Delta$Y und damit $\Delta$p kollabierten. Entkopplersubstanzen wie Butanol oder Toluol in Konzentrationen über 100 mM senkten den pH-Gradient ebenfalls ab. Die zeltinterne Acetatkonzentration stieg über 600 mM an und ist eng korreliert mit $\Delta$pH. 4. Unter pH-statischen Wachstumsbedingungen wurde pHt durch die gebildete Essigsäure bis unterhalb von pHe 6,4 abgesenkt, sodaß sich der pH-Gradient umkehrte und negative Werte annahm. Die interne Essigsäurekonzentration konntedadurch nicht über den Level der externen Konzentration ansteigen. Nach 37 Stunden Fermentationszeit kollabierten sowohl $\Delta$pH als auch $\Delta$Y und damit $\Delta$p. Zu diesem Zeitpunkt betrug der Energieladungszustand der Zellen von A. kivui 0,41. 5. Enzymatische Untersuchungen bei A. kivui zeigten, daßdie Acetat-Kinase durch 1 M Na-Acetat und die Pyruvat-Ferredoxin-Oxidoreduktase durch 1,6 M Na-Acetat zu 50 % gehemmt werden. Eine starke Abnahme der Aktivität wurde ebenfalls bei der Eormiat-Dehydrogenase von A. kivui bereits während der exponentiellen Wachstumsphase und bei maximaler Produktionsrate der Zellen festgestellt. Die CO-Dehydrogenase hingegen wies mit 12,2 U/mg eine unter homoacetogenen Bakterien vergleichsweise hohe Aktivität auf

Untersuchungen zur anaeroben Bildung von Essigsaeure durch Acetogenium kivui

Copy held by FIZ Karlsruhe; available from UB/TIB Hannover / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEDEGerman