Transkriptomische Analysen zur Xanthanproduktion in Xanthomonas campestris pv. campestris

Serrania Vallejo J. Transkriptomische Analysen zur Xanthanproduktion in Xanthomonas campestris pv. campestris. Bielefeld (Germany): Bielefeld University; 2008.Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc) wird industriell zur Produktion des Exopolysaccharids Xanthan verwendet, das z.B. in der Lebensmittelindustrie als Verdickungsmittel eingesetzt wird. Xcc ist ebenfalls der Erreger der Aderschwärze bei der Pflanzenfamilie der Kreuzblütengewächse. In dieser Arbeit wurde ein genomweites transkriptomisches Profil einer Kultivierung in einem 10 L Bioreaktor erstellt. Zur Transkriptionsanalyse wurde der kürzlich entwickelte Microarray Xcc5kOLI verwendet. Es konnten zwei Genregionen identifiziert werden, die ein wachstumsphasenspezifisches Transkriptionsprofil aufwiesen. Eine der zwei Genregionen beinhaltet hauptsächlich Gene ribosomaler Proteine und zeigte eine Induktion in der exponentiellen und eine Repression in der stationären Wachstumsphase. Dieses Profil spiegelt wahrscheinlich die allgemeine metabolische Aktivität der Bakterienkultur wieder. Die zweite Genregion beinhaltet hauptsächlich Gene, die in die Flagellar-Biosynthese involviert sind. Diese Gene zeichnen sich durch eine Induktion in der exponentiellen und eine kurze erneute Induktion zu Beginn der stationären Phase aus. Zu Zwecken der Stammoptimierung des Produktionsstammes Xcc LMG 8031* wurde untersucht, ob die Inaktivierung der Motilität zu einer Erhöhung der Biomasse- oder Xanthanproduktion führt. Hierfür wurden Stämme produziert, die Deletionen in den Genen fleQ und flgE tragen. Das Gen fleQ kodiert für einen Regulator der Flagellar-Biosynthese und flgE für das Strukturprotein des Flagellar-Ankers. Beide Deletionen führten zu einem nicht motilen Phänotyp. Das transkriptomische Profil des Gens galU wies eine Reduktion der Genexpression im Übergang zur stationären Phase auf. GalU katalysiert die Umwandlung von Glucose-1-Phosphat zu UDP-Glucose, welches für die Xanthanproduktion benötigt wird. Durch Klonierung eines konstitutiv hoch exprimierten Promotors vor das galU-Gen wurde der Einfluss einer Überexpression auf die Xanthanproduktion untersucht. Weder die Verwendung der nicht motilen Stämme, mit den Deletionen in den Genen fleQ bzw. flgE, noch die Überexpression des galU-Gens führten zu einer erhöhten Biomasse- oder Xanthanproduktion. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit war die Analyse der Kohlenstoffverwertung in Xcc. Hierfür wurden transkriptomische Analysen zur Kurzzeit- und Langzeitantwort des Stammes Xcc B100 auf die Anwesenheit von Galactose durchgeführt. Es konnten in dieser Arbeit drei Genregionen identifiziert werden, die sowohl im Kurzzeit- als auch Langzeitwachstum in Galactose eine Induktion der Gene im Vergleich zum Wachstum in Glucose aufweisen. Diese Genregionen beinhalteten unter anderem Gene für Glycosidasen, die in das Periplasma oder ins Medium exportiert werden. Ebenfalls sind die Gene zweier TonB-abhängiger Rezeptoren in den Genregionen lokalisiert, die für den Transport von Galactose durch die äußere Membran zuständig sein können. Das Genprodukt des Gens sglT konnte als möglicher Galactosetransporter durch die innere Membran identifiziert werden. Auch liegen Gene für Enzyme des Galactoseabbaus im Cytoplasma in den Galactose-Verwertungsregionen. Somit war es möglich, mit den Genen der drei identifizierten Galactose-Verwertungsregionen ein Modell der Galactoseverwertung in Xcc zu entwickeln