Aufklärung des zentralen Kohlenstoff- und Energiemetabolismus des Darmbakteriums Prevotella copri
Aufklärung des zentralen Kohlenstoff- und Energiemetabolismus des Darmbakteriums Prevotella copri
Dokument öffnen (4.1MB)Art der Hochschulschrift
DissertationPrüfungsdatum
08.05.2020Datum der Veröffentlichung
19.06.2020Erstgutachter
Deppenmeier, UweZweitgutachter
Dahl, ChristianeMetadaten
Zur Langanzeige
Zitierbare Links 
Inhalt
Die vorliegende Arbeit befasste sich mit dem zentralen Kohlenstoff- und Energiemetabolismus von Prevotella (P.) copri, eines der relevantesten Bakterien der menschlichen Darmflora. Um zu verstehen, wie die Prädominanz dieses Organismus innerhalb der Mikrobiota zustande kommt, wurden seine grundlegenden Wachstumseigenschaften erfasst, der Zentralstoffwechsel detailliert rekonstruiert und die gewonnen Daten mit zwei weiteren zentralen Bakterien der menschlichen Intestinalflora (Bacteroides vulgatus und Parabacteroides johnsonii) verglichen. Zusätzlich wurde überprüft, ob sich P. copri aufgrund seiner metabolischen Eigenschaften zur biotechnologischen Produktion der zukunftsträchtigen Plattformchemikalie Succinat einsetzen lässt. Im Zuge von Wachstumsexperimenten mit Komplex- und Minimalmedien konnte gezeigt werden, dass P. copri mit kurzen Verdopplungszeiten hohe optische Dichten erreicht und Vitamin K, Hämin und Vitamin B12 benötigt. Außerdem lebt der Organismus strikt CO2-abhängig, was bemerkenswerte Implikationen für die Darmflorazusammensetzung des Menschen mit sich bringt. Des Weiteren konnte anhand von bioinformatischen, transkriptionellen und enzymatischen Untersuchungen ein zentrales Stoffwechselmodell von P. copri für die Verstoffwechselung von Glucose erstellt werden. Das Bakterium baut Glucose über den EMP-Weg ab, wobei PEP und Pyruvat die zentralen Stoffwechselintermediate darstellen. PEP wird zu Fumarat verstoffwechselt, das in der anaeroben Atmungskette von P. copri als terminaler Elektronenakzeptor fungiert, während Pyruvat entweder über eine Pyruvat-Formiat-Lyase oder eine Pyruvat:Ferredoxin-Oxidoreduktase zu Acetyl-CoA umgesetzt wird. Acetyl-CoA wird letztlich zu Acetat verstoffwechselt. Die funktionelle Einheit der Atmungskette von P. copri besteht aus den Enzymen Nqr, einer „kopflosen“ NDHI-Variante und der Fumaratreduktase. Elektronen für die Reduktion von Fumarat werden über NADH und Fdred bereitgestellt und es wird ein elektrochemischer Ionengradient mit den Kopplungsionen H+ und Na+ erzeugt. Durch Bestimmung des Trockengewichts, des Substratverbrauchs und der Produktbildung von Kulturen in unterschiedlichen Wachstumsphasen konnte außerdem der Fluss der Intermediate im zentralen Energie- und Kohlenstoffmetabolismus von P. copri rekonstruiert werden. Hier zeigte sich unter anderem, dass die CO2-Abhängigkeit von P. copri durch das Ungleichgewicht im CO2-Bedarf der PEP-Carboxykinase und der CO2-Freisetzung der Pyruvat:Ferredoxin-Oxidoreduktase zustande kam, was direkt mit der gebildeten Menge an Formiat korrelierte. Zusätzlich wurden Versuche unternommen, um die Plattformchemikalie Succinat mit Hilfe von P. copri zu produzieren. Unter Ca(HCO3)2- und Ca(OH)2-gepufferten Bedingungen konnten 0,5-0,7 g Succinat pro g Glucose umgesetzt werden mit einem maximalen Produkttiter von 25 g l-1 (≈215 mM). Damit stellte sich P. copri als ein vielversprechender Kandidat für die biotechnologische Succinat-Produktion heraus.
Schlagwörter
Prevotella copri, Bacteroides vulgatus, Parabacteroides johnsonii, Darmmikrobiota, Enterotypen, Mikrobiologie, Metabolismus, Fumaratatmung, Succinat, Stoffwechselanalyse, gut microbiota, enterotypes, microbiology, metabolism, fumarate respiration, succinate, metabolic analysis
Klassifikation (DDC)
570 Biowissenschaften, Biologie 610 Medizin, GesundheitFranke, Thomas: Aufklärung des zentralen Kohlenstoff- und Energiemetabolismus des Darmbakteriums Prevotella copri. - Bonn, 2020. - Dissertation, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn.
Online-Ausgabe in bonndoc: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:5-58533
Online-Ausgabe in bonndoc: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:5-58533
@phdthesis{handle:20.500.11811/8418,
urn: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:5-58533,
author = {{Thomas Franke}},
title = {Aufklärung des zentralen Kohlenstoff- und Energiemetabolismus des Darmbakteriums Prevotella copri},
school = {Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn},
year = 2020,
month = jun,
note = {Die vorliegende Arbeit befasste sich mit dem zentralen Kohlenstoff- und Energiemetabolismus von Prevotella (P.) copri, eines der relevantesten Bakterien der menschlichen Darmflora. Um zu verstehen, wie die Prädominanz dieses Organismus innerhalb der Mikrobiota zustande kommt, wurden seine grundlegenden Wachstumseigenschaften erfasst, der Zentralstoffwechsel detailliert rekonstruiert und die gewonnen Daten mit zwei weiteren zentralen Bakterien der menschlichen Intestinalflora (Bacteroides vulgatus und Parabacteroides johnsonii) verglichen. Zusätzlich wurde überprüft, ob sich P. copri aufgrund seiner metabolischen Eigenschaften zur biotechnologischen Produktion der zukunftsträchtigen Plattformchemikalie Succinat einsetzen lässt. Im Zuge von Wachstumsexperimenten mit Komplex- und Minimalmedien konnte gezeigt werden, dass P. copri mit kurzen Verdopplungszeiten hohe optische Dichten erreicht und Vitamin K, Hämin und Vitamin B12 benötigt. Außerdem lebt der Organismus strikt CO2-abhängig, was bemerkenswerte Implikationen für die Darmflorazusammensetzung des Menschen mit sich bringt. Des Weiteren konnte anhand von bioinformatischen, transkriptionellen und enzymatischen Untersuchungen ein zentrales Stoffwechselmodell von P. copri für die Verstoffwechselung von Glucose erstellt werden. Das Bakterium baut Glucose über den EMP-Weg ab, wobei PEP und Pyruvat die zentralen Stoffwechselintermediate darstellen. PEP wird zu Fumarat verstoffwechselt, das in der anaeroben Atmungskette von P. copri als terminaler Elektronenakzeptor fungiert, während Pyruvat entweder über eine Pyruvat-Formiat-Lyase oder eine Pyruvat:Ferredoxin-Oxidoreduktase zu Acetyl-CoA umgesetzt wird. Acetyl-CoA wird letztlich zu Acetat verstoffwechselt. Die funktionelle Einheit der Atmungskette von P. copri besteht aus den Enzymen Nqr, einer „kopflosen“ NDHI-Variante und der Fumaratreduktase. Elektronen für die Reduktion von Fumarat werden über NADH und Fdred bereitgestellt und es wird ein elektrochemischer Ionengradient mit den Kopplungsionen H+ und Na+ erzeugt. Durch Bestimmung des Trockengewichts, des Substratverbrauchs und der Produktbildung von Kulturen in unterschiedlichen Wachstumsphasen konnte außerdem der Fluss der Intermediate im zentralen Energie- und Kohlenstoffmetabolismus von P. copri rekonstruiert werden. Hier zeigte sich unter anderem, dass die CO2-Abhängigkeit von P. copri durch das Ungleichgewicht im CO2-Bedarf der PEP-Carboxykinase und der CO2-Freisetzung der Pyruvat:Ferredoxin-Oxidoreduktase zustande kam, was direkt mit der gebildeten Menge an Formiat korrelierte. Zusätzlich wurden Versuche unternommen, um die Plattformchemikalie Succinat mit Hilfe von P. copri zu produzieren. Unter Ca(HCO3)2- und Ca(OH)2-gepufferten Bedingungen konnten 0,5-0,7 g Succinat pro g Glucose umgesetzt werden mit einem maximalen Produkttiter von 25 g l-1 (≈215 mM). Damit stellte sich P. copri als ein vielversprechender Kandidat für die biotechnologische Succinat-Produktion heraus.},
url = {https://hdl.handle.net/20.500.11811/8418}
}
urn: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:5-58533,
author = {{Thomas Franke}},
title = {Aufklärung des zentralen Kohlenstoff- und Energiemetabolismus des Darmbakteriums Prevotella copri},
school = {Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn},
year = 2020,
month = jun,
note = {Die vorliegende Arbeit befasste sich mit dem zentralen Kohlenstoff- und Energiemetabolismus von Prevotella (P.) copri, eines der relevantesten Bakterien der menschlichen Darmflora. Um zu verstehen, wie die Prädominanz dieses Organismus innerhalb der Mikrobiota zustande kommt, wurden seine grundlegenden Wachstumseigenschaften erfasst, der Zentralstoffwechsel detailliert rekonstruiert und die gewonnen Daten mit zwei weiteren zentralen Bakterien der menschlichen Intestinalflora (Bacteroides vulgatus und Parabacteroides johnsonii) verglichen. Zusätzlich wurde überprüft, ob sich P. copri aufgrund seiner metabolischen Eigenschaften zur biotechnologischen Produktion der zukunftsträchtigen Plattformchemikalie Succinat einsetzen lässt. Im Zuge von Wachstumsexperimenten mit Komplex- und Minimalmedien konnte gezeigt werden, dass P. copri mit kurzen Verdopplungszeiten hohe optische Dichten erreicht und Vitamin K, Hämin und Vitamin B12 benötigt. Außerdem lebt der Organismus strikt CO2-abhängig, was bemerkenswerte Implikationen für die Darmflorazusammensetzung des Menschen mit sich bringt. Des Weiteren konnte anhand von bioinformatischen, transkriptionellen und enzymatischen Untersuchungen ein zentrales Stoffwechselmodell von P. copri für die Verstoffwechselung von Glucose erstellt werden. Das Bakterium baut Glucose über den EMP-Weg ab, wobei PEP und Pyruvat die zentralen Stoffwechselintermediate darstellen. PEP wird zu Fumarat verstoffwechselt, das in der anaeroben Atmungskette von P. copri als terminaler Elektronenakzeptor fungiert, während Pyruvat entweder über eine Pyruvat-Formiat-Lyase oder eine Pyruvat:Ferredoxin-Oxidoreduktase zu Acetyl-CoA umgesetzt wird. Acetyl-CoA wird letztlich zu Acetat verstoffwechselt. Die funktionelle Einheit der Atmungskette von P. copri besteht aus den Enzymen Nqr, einer „kopflosen“ NDHI-Variante und der Fumaratreduktase. Elektronen für die Reduktion von Fumarat werden über NADH und Fdred bereitgestellt und es wird ein elektrochemischer Ionengradient mit den Kopplungsionen H+ und Na+ erzeugt. Durch Bestimmung des Trockengewichts, des Substratverbrauchs und der Produktbildung von Kulturen in unterschiedlichen Wachstumsphasen konnte außerdem der Fluss der Intermediate im zentralen Energie- und Kohlenstoffmetabolismus von P. copri rekonstruiert werden. Hier zeigte sich unter anderem, dass die CO2-Abhängigkeit von P. copri durch das Ungleichgewicht im CO2-Bedarf der PEP-Carboxykinase und der CO2-Freisetzung der Pyruvat:Ferredoxin-Oxidoreduktase zustande kam, was direkt mit der gebildeten Menge an Formiat korrelierte. Zusätzlich wurden Versuche unternommen, um die Plattformchemikalie Succinat mit Hilfe von P. copri zu produzieren. Unter Ca(HCO3)2- und Ca(OH)2-gepufferten Bedingungen konnten 0,5-0,7 g Succinat pro g Glucose umgesetzt werden mit einem maximalen Produkttiter von 25 g l-1 (≈215 mM). Damit stellte sich P. copri als ein vielversprechender Kandidat für die biotechnologische Succinat-Produktion heraus.},
url = {https://hdl.handle.net/20.500.11811/8418}
}
Die folgenden Nutzungsbestimmungen sind mit dieser Ressource verbunden:
