Untersuchungen zum Sox-Multienzymkomplex in <em>Allochromatium vinosum</em> und zur Verwertung von Elementarschwefel in phototrophen Schwefeloxidierern

Abstract

Thiosulfat wird in vielen Schwefeloxidierern durch einen Sox-Multienzymkomplex oxidiert, der in seiner Grundform aus den Proteinen SoxB, SoxXA und SoxYZ besteht. Diese katalysieren die Oxidation des Sulfonschwefels zu Sulfat [1]. In der vorliegenden Arbeit wurde die Regulation der Transkription und Translation der Gene, die für die Proteine SoxB, SoxX und SoxY in <i>Allochromatium vinosum</i> codieren, untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Bildung der Proteine des Sox-Multienzymkomplexes in <i>Alc. vinosum</i> auf transkriptionaler Ebene reguliert wird. Die Expression der <i>sox</i>-Gene steigt bei photolithoautotrophem Wachstum mit Thiosulfat im Vergleich zu photoorganoheterotrophem Wachstum mit Malat stark an. Die Steigerung der Expression ist von der Thiosulfatkonzentration abhängig. Auch bei Wachstum mit Sulfid werden die <i>sox</i>-Gene stärker exprimiert, während die Expression bei Wachstum mit Sulfit der unter photoorganoheterotrophen Bedingungen entspricht. Zusätzlich wurden die mRNA-Kopienzahlen der <i>sox</i>-Gene in der Mutante <i>Alc. vinosum soxB</i>::O-Km bestimmt. In dieser Mutante ist neben <i>soxB</i> vermutlich auch eine stromabwärts von <i>soxB</i> lokalisierte putative Multisensorhybridhistidinkinase inaktiviert. Die Ergebnisse zeigten, dass dieses Protein vermutlich an der Repression von <i>soxX</i> in Abwesenheit von reduzierten Schwefelverbindungen beteiligt ist. Vermutlich bildet sie dabei mit einem stromabwärts gelegenen Antwortregulator ein Zwei-Komponenten-System.<br /> Neben Thiosulfat und anderen wasserlöslichen Substraten wie Sulfid, Polysulfiden und Sulfit kann von vielen phototrophen Schwefeloxidierern auch unlöslicher Elementarschwefel als Elektronendonor genutzt werden [1]. Mit Hilfe von XANES (X-Ray Absorption Near Edge Structure)-Spektroskopie konnte gezeigt werden, dass <i>Alc. vinosum</i>, <i>Thiocapsa roseopersicina</i>, <i>Halorhodospira halophila</i> und <i>Halorhodospira abdelmalekii</i> die Polymerschwefelfraktion des Elementarschwefels nutzen, während <i>cyclo</i>-Oktaschwefel nicht verwertet wird. Für <i>Alc. vinosum</i>, <i>Tca. roseopersicina</i> und <i>Hlr. halophila</i> war ein direkter Zellschwefelkontakt für die Verwertung von Elementarschwefel essentiell. Mit Hilfe der LbL-Nanoeinkapselung von <i>Alc. vinosum</i>-Zellen konnte zudem gezeigt werden, dass die Zellladung keine Rolle für die Anlagerung von Schwefel und Zelle spielt. Weder HPLC (High Performance Liquid Chromatography) noch XANES-Messungen an Kulturüberständen ergaben Hinweise auf lösliche Intermediate bei der Schwefelaufnahme. Durch Wachstumsversuche mit verschiedenen Inhibitoren konnte gezeigt werden, dass der Zell-Schwefelkontakt und/ oder die Aufnahme von Elementarschwefel in <i>Alc. vinosum</i> von Energie aus dem elektrochemischen Protonengradienten abhängig sind. Auch Thiolgruppen spielen eine Rolle bei der Etablierung des Zell-Schwefelkontaktes und/ oder der Aufnahme von Elementarschwefel. Beide Prozesse verlaufen aber ATPunabhängig.<br /> [1] Frigaard N-U & Dahl C (2009). In <i>Advances in Microbial Physiology</i>, Poole RK (eds.), London: Academic Press, pp. 105-200.