Iron regulation in the myxobacterium Myxococcus xanthus DK1622

Abstract

The myxobacterium Myxococcus xanthus DK1622 is a reliable producer of different secondary metabolites with partially unknown bioactivities. In the present work the response of iron availibility were evaluated, concerning effects on growth, proteome profile and secondary metabolite production. The production of the siderophore myxochelin A was increased by the factor 81, myxochelin B by the factor 678. Unexpectedly, several other secondary metabolite production rates were found influenced, as e.g. myxochromids und cittilins. In proteome analysis, 1979 protein spots were detected in average, whereof 172 exhibited an iron-induced change in expression. A subsequent analysis by tandem mass spectrometry identified 169 of these spots as 131 individual proteins, some with up to 3 protein-phosphorylations. Furthermore, the functions of some, interesting proteins were investigated by knockout of the respective coding gene. At all, 12 single crossover mutants were generated and compared in iron-rich environment concerning effects on growth and rates of iron uptake or secondary metabolite production to the wild type strain. Typically, mutant strains show variations in all three parameters. An in-frame deletion mutant in one of the two fur genes (MXAN_6967) exhibited reduced growth and a decrease in iron uptake (ca. 49 % of the wild type). Additionally, production of all seven monitored secondary metabolites cannot be explained with the traditional Fur model, which suggests a new, unexpected regulation in M. xanthus.Das Myxobakterium Myxococcus xanthus DK1622 ist ein verlässlicher Produzent verschiedenster Sekundärmetabolite mit teilweise unbekannten biologische Aktivitäten. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss der Verfügbarkeit von Eisen auf Wachstum, Proteom-Muster und Sekundärmetabolit-Produktion untersucht. Die Produktion der Siderophore Myxochelin A wurde bei Eisenlimitierung um den Faktor 81 gesteigert, Myxochelin B um den Faktor 678. Unerwarteterweise wurden auch weitere Sekundärmetabolite-Produktionen stark beeinflusst, wie z.B. Myxochromid und Cittilin. In Proteomexperimenten konnten von durchschnittlich 1979 detektierten Proteinspots für 172 eine eiseninduzierte Konzentrationsveränderung gezeigt werden. Hiervon wurden 169 Spots mittels Tandem-Massenspektrometrie identifiziert als 131 individuelle Proteine mit bis zu 3 Phosphorylierungen. Des Weiteren wurde die Rolle von interessanten Proteinen durch Knockout entsprechender, codierender Genom-Bereiche untersucht. Insgesamt konnten 12 single-crossover Mutanten generiert werden, welche in eisenreicher Umgebung bezüglich Wachstum, Eisenaufnahme-Raten und Sekundärmetabolit-Produktionsraten mit dem Wildtyp-Stamm verglichen wurden, wobei die Mehrzahl Abweichungen vom Wildtyp in allen drei Parametern zeigten. Eine in-frame Deletionsmutante von einem der beiden fur-Gene (MXAN_6967) zeigte im Verglich mit dem Wildtyp reduziertes Wachstum. Die Verminderung der Eisenaufnahmeraten (49 % des Wildtyps) und Abnahme der Produktionsraten alle sieben Sekundärmetabolte kann mit dem traditionellen Fur-Model nicht erklärt werden, was eine neue, unerwartete Regulation bei M. xanthus nahe legt