Pentosabbauwege und deren Regulation in halophilen Archaea

Final Report Abstract

Ziel des Projektes war die Analyse der Pentoseabbauwege sowie des oxidativen Pentosephosphatweges in Haloarchaea. Dabei wurden eine Reihe von neuartigen Abbauwegen aufgeklärt und die beteiligten Enzyme charakterisiert. Für Haloferax volcanii und Halaoarcula marsmortui wurden neuartige oxidative Abbauwege beschrieben, die die Umwandlung der Pentosen D-Xylose und L-Arabinose (H. volcanii, H. marismortui) bzw. D-Ribose (H. marismortui) zu α-Ketoglutarat katalysieren. Die transkriptionelle Regulation des Pentoseabbaus wurde in H. volcanii aufgeklärt und dabei ein neuartiger Transkriptionsaktivator (XacR) identifiziert und charakterisiert. Für Halorhabus uthaensis wurde - im Gegensatz zu allen anderen Haloarchaea - ein klassischer bakterieller Xyloseabbauweg identifiziert. In H. volcanii wurden - erstmals in der Domäne der Archaea - ein oxidativer Pentosephosphatweg nachgewiesen. Dabei wurde ein neuartiger Typ von Glucose-6-phosphat Dehydrogenase charakterisiert. Weiterhin wurden die Enzyme der Glukose-6-phosphatbildung aus Glucose und Fruktose identifiziert. Das Schlüsselenzym des am Glucoseabbau beteiligten semiphosphorylierenden Entner-Doudoroff Wegs, KDG Kinase, wurde charakterisiert und der Weg des Fructoseabbaus über einen modifizierten Embden-Meyerhof Weg aufgeklärt. Erstmals wurde für den Transport eines Zuckers (Fructose) in der Domäne der Archaea die Beteiligung eines bacteriellen Phosphotransferase-Systems (PTS) nachgewiesen. Die im Rahme des Projekts erzielten Ergebnisse, d.h. die Aufklärung der ungewöhnlichen oxidativen Pentoseabbauwege und deren transkriptionelle Regulation, der erste Nachweis eines oxidativen Pentosephosphat Weg unter Beteiligung einer neuartigen Glucose-6-phosphat Dehydrogenase (azw, archaeelles Zwischenferment) und sowie das Vorkommen eines bacteriellen PTS in Haloarchaea stellen einen wichtigen Betrag dar zum Verständnis des Zuckerstoffwechsels in der Domäne der Archaea.

Publications

• (2012) Fructose degradation in the haloarchaeon Haloferax volcanii involves a bacterial type phosphoenolpyruvate-dependent phosphotransferase system, fructose-1-phosphate kinase, and class II fructose 1,6-bisphosphate aldolase. J. Bacteriol. 194: 3088 – 3097
  Pickl, A., Johnsen, U., Schönheit, P.
  
• (2013) L-Arabinose degradation pathway in the haloarchaeon Haloferax volcanii involves a novel type of L-arabinose dehydrogenase. Extremophiles 17: 897 – 909
  Johnsen, U., Sutter J.M., Zaiß, H., Schönheit, P.
  
• Zuckerstoffwechsel in dem halophilen Archaeon Haloferax volcanii: Identifizierung und Charakterisierung von Enzymen des Fructose- und Glucosestoffwechsels und des Pentosephosphatwegs (Universität Kiel, 2013)
  Andreas Pickl
  
• (2014) Identification and characterization of 2-keto-3-deoxygluconate kinase and 2-keto-3-deoxygalactonate kinase in the haloarchaeon Haloferax volcanii. FEMS Microbiol. Lett. 361: 76-83
  Pickl, A., Johnsen, U., Archer, R.M., Schönheit, P.
  
• Pentosestoffwechsel in halophilen Archaea: Abbauwege, Enzyme und transkriptionelle Regulation (Universität Kiel, 2014)
  Jan-Moritz Sutter
  
• (2015) The oxidative pentose pathway in the haloarchaeon Haloferax volcanii involves a novel type of glucose-6-phosphate dehydrogenase – the archaeal Zwischenferment. FEBS Lett. 589:1105-1111
  Pickl, A., Schönheit, P.
  
• (2015) XacR - a novel transcriptional regulator of D-xylose and L-arabinose catabolism in the haloarchaeon Haloferax volcanii. Environ. Microbiol. 17:1663-1676
  Johnsen, U., Jan-Moritz Sutter, J.M., Schulz, A.C., Tästensen, J.B., Schönheit, P.
  
• (2016) On the origin of heterotrophy. Trends in Microbiology. 24: 12 - 25
  Schönheit, P., Buckel, W., Martin,W.F.