Methanogenese und Energiekonservierung in drei ungewöhnlichen methanogenen Archaea
Methanogenese und Energiekonservierung in drei ungewöhnlichen methanogenen Archaea
Dokument öffnen (3.5MB)Art der Hochschulschrift
DissertationPrüfungsdatum
19.08.2022Datum der Veröffentlichung
31.08.2022Erstgutachter
Deppenmeier, UweZweitgutachter
Dahl, ChristianeMetadaten
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Inhalt
Die vorliegende Arbeit befasste sich mit unterschiedlichen Aspekten der Methanogenese und des Energiestoffwechsels der methanogenen Archaeen Methanomassiliicoccus (Mmc.) luminyensis, Methanococcoides (Mc.) vulcani und Methanonatronarchaeum (Mna.) thermophilum. Die Analyse von Methanbildnern ist generell aus verschiedenen Gründen von großem Interesse, da diese beispielsweise in der humanen Mikrobiota aber auch in Biogasanlagen vorkommen. Außerdem ist Methan ein sehr schädliches Klimagas. Der haloalkaliphile Organismus Mna. thermophilum betreibt Methanogenese ausgehend von methylierten Verbindungen in Kombination mit Formiat oder H2. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass der Organismus bei der Nutzung von methylierten Verbindungen in Kombination mit H2 anstelle von Formiat im Vergleich deutlich langsamere Verdopplungszeiten und geringere Wachstumserträge aufweist. Bioinformatische, transkriptionelle und enzymatische Analysen des respiratorischen Elektronentransportes in den Cytoplasma-Membranen von Mna. thermophilum zeigten zudem, dass der Energiemetabolismus des Organismus zentral von jeweils einer membrangebundenen Vho-Hydrogenase, Formiat-Dehydrogenase und Heterodisulfid-Reduktase abhängt. Im Rahmen der Analysen gelang der Nachweis des H2:Heterodisulfid Oxidoreduktase-Systems und des vollständig neuartigen Formiat:Heterodisulfid Oxidoreduktase-Systems in den Membranen des Organismus. Außerdem ergaben sich Hinweise, dass Methanophenazin oder ein Derivat als Elektronenüberträger in den Membranen des Organismus fungiert. Mc. vulcani zeichnet sich durch ein besonders großes Substratspektrum für die methylotrophe Methanogenese aus. In dieser Arbeit konnte bestätigt werden, dass dem Organismus Wachstum auf methylierten Aminen, Methanol oder Betain möglich ist. Detaillierte Analysen zeigten, dass 75 Prozent der verfügbaren Methylgruppen zu Methan metabolisiert werden, was den Schluss zuließ, dass die restlichen 25 Prozent der Methylgruppen wie im Falle von Methanosarcina spp. zu CO2 oxidiert werden. Im Zusammenhang mit bioinformatischen Analysen konnte der Energiestoffwechsel des Organismus rekonstruiert werden, der darauf basierend identisch zu Methanosarcina acetivorans abläuft. Mmc. luminyensis wurde aus humanen Faeces isoliert. Dem Organismus wird eine potentielle Rolle als Probiotikum zugeschrieben. Die Analyse des Energiestoffwechsels ist daher für eine mögliche medizinische Anwendung von großer Bedeutung. Im Rahmen dieser Arbeit gelang die erfolgreiche Produktion von Antikörpern gegen das Protein FpoI. Dies erlaubte den Nachweis, dass die löslichen und membranassoziierten Untereinheiten des Fpo-Komplexes (FpoBCDI), als zentralem Element der Energiekonservierung in den Membranen des Organismus, im Rahmen der Membranpräparation an den Membranen erhalten bleiben und nicht in die Cytoplasma-Fraktion übergehen. Dies untermauerte die zentrale Rolle des genannten Komplexes im Ferredoxin:Heterodisulfid Oxidoreduktase-System in den Membranen des Organismus.
Schlagwörter
Methan, Methanogenese, Klimawandel, Methanogene Archaea, Energiekonservierung, Darmgesundheit
Klassifikation (DDC)
570 Biowissenschaften, BiologieSteiniger, Fabian: Methanogenese und Energiekonservierung in drei ungewöhnlichen methanogenen Archaea. - Bonn, 2022. - Dissertation, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn.
Online-Ausgabe in bonndoc: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:5-67683
Online-Ausgabe in bonndoc: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:5-67683
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