MALDI-ToF-Massenspektrometer
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die AG "Allgemeine & Molekulare Mikrobiologie" des ICBM (Leitung: Prof. Dr. Ralf Rabus) untersucht neuartige bzw. Prozess-relevante Stoffwechselleistungen mariner Bakterien und molekulare Mechanismen, die grundlegend für die Anpassung dieser Organismen an wechselnde Umweltbedingungen sind. Ein wesentlicher methodischer Ansatz ist dabei die Proteogenomik, insbes. die Kombination aus 2D DIGE und MALDI-TOF-Massenspektrometrie zur Untersuchung der Kontext-abhängigen Abundanzprofile löslicher, katabol-relevanter Proteine. In den ersten drei Jahren seit Inbetriebnahme des MALDI-TOF-Massenspektrometers wurden vor allem Projekte in Rahmen des DFG-geförderten SFB TRR51 "Roseobacter" sowie SPP 1319 "Anaerobic hydrocarbon degradation" bearbeitet. SFB TRR51: Das Alphaproteobakterium Phaeobacter inhibens DSM 17395 wurde als Modellorganismus ausgewählt wegen seines versatilen heterotrophen Stoffwechsels und seiner Interaktion mit Algen. Wichtige Quellen organischen Kohlenstoffs für P. inhibens sind Aminosäuren und Kohlenhydrate. In beiden Fällen erlaubte die Genom-basierte Analyse eine nur unzureichende, lückenhafte Rekonstruktion der metabolischen Netzwerke. Die Kombination aus Physiologie, Proteogenomik und Metabolomik erlaubte es diese Netzwerke vollständig aufzuklären. Da die Zellhülle für die Interaktion von P. inhibens mit der Umwelt bzw. anderen Organismen von zentraler Bedeutung ist, wurden durch subzelluläre Fraktionierung die Subproteome der Zellhülle (innere Membran, Periplasma, äußere Membran) und des Sekretomes für P. inhibens bestimmt. Insgesamt führten diese proteogenomischen Arbeiten an P. inhibens neben neuen metabolischen/zellulären Einsichten auch zu umfangreichen Verfeinerungen der Genomannotation dieses Modell-Roseobacters. Dinoroseobacter shibae DFL12-T wurde als weiterer Modellorganismus ausgewählt wegen seiner Fähigkeit zum mixotrophen (aerobe anoxygene Photosynthese) und fakultativ anaeroben Wachstum. Auf der Basis von kontinuierlichen Kulturen wurden die Anpassungsprozesse auf Sauerstoffmangel durch Kombination von DNA-Mikroarrays und Proteomik untersucht. SPP 1319: Die beiden Betaproteobakterien "Aromatoleum aromaticum" pCyN1 und "Thauera" sp. Stamm pCyN2 können unter Nitrat-reduzierenden Bedingungen mit dem aromatischen Kohlenwasserstoff p-Cymol (4-Isopropyltoluol) wachsen. Durch die Kombination von gezielter Proteogenomik und Metabolitenanalyse konnte gezeigt werden, dass beide Stämme vollkommen unterschiedliche Wege für den peripheren Abbau von p-Cymol zu 4-Isopropylbenzoyl-CoA beschreiten. Stamm pCyN1 hydroxyliert die benzylische Methylgruppe mittels der neu entdeckten p-Cymol Dehydrogenase (Cmd), während Stamm pCyN2 mit Hilfe der ebenfalls neu entdeckten (4-Isopropylbenzyl)succinate Synthase (Ibs) die benzylische Methylgruppe an das Co-Substrat Fumarat addiert. Das Alphaproteobakterium Magnetospirillum sp. Stamm pMbN1 ist interessant wegen seiner neuartigen Fähigkeit anaerob mit 4-Methylbenzoat zu wachsen. Untersuchungen mit ternären Substratgemischen (4-Methylbenzoat, Benzoat und Succinat) zeigten dass Benzoat die Verwertung der beiden anderen Substrate reprimiert. Weitere proteogenomische Studien in Rahmen des SFB TRR51 und SPP 1319 laufen bzw. befinden sich kurz vor Abschluss. Darüber hinausgehende aktuelle Arbeiten mit dem beschafften MALDI-TOF-Massenspektrometer werden im Rahmen des DFG-geförderten GRK 1885 "Molecular Sensorybio" sowie in etlichen Kooperationen innerhalb der Universität Oldenburg und mit externen Kooperationspartnern durchgeführt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Subcellular protein localization (cell envelope) in Phaeobacter inhibens DSM 17395. Proteomics 2013;13:2743-60
Koßmehl S, Wöhlbrand L, Drüppel K, Feenders C, Blasius B, Rabus R
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Anaerobic activation of p-cymene in denitrifying betaproteobacteria: methyl group hydroxylation versus addition to fumarate. Appl Environ Microbiol 2014;80:7592-603
Strijkstra A, Trautwein K, Jarling R, Wöhlbrand L, Dörries M, Reinhardt R, Drozdowska M, Golding BT, Wilkes H, Rabus R
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Benzoate mediates the simultaneous repression of anaerobic 4-methylbenzoate and succinate utilization in Magnetospirillum sp. strain pMbN1. BMC Microbiol 2014;14:269
Lahme S, Trautwein K, Strijkstra A, Dörries M, Wöhlbrand L, Rabus R
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Carbohydrate catabolism in Phaeobacter inhibens DSM 17395, a member of the marine roseobacter clade. Appl Environ Microbiol 2014;80:4725-37
Wiegmann K, Hensler M, Wöhlbrand L, Ulbrich M, Schomburg D, Rabus R
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Gene regulatory and metabolic adaptation processes of Dinoroseobacter shibae DFL12 T during oxygen depletion. J Biol Chem 2014;289:13219-31
Laass S, Kleist S, Bill N, Drüppel K, Kossmehl S, Wöhlbrand L, Rabus R, Klein J, Rohde M, Bartsch A, Wittmann C, Schmidt- Hohagen K, Tielen P, Jahn D, Schomburg D
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Pathways and substrate-specific regulation of amino acid degradation in Phaeobacter inhibens DSM 17395 (archetype of the marine Roseobacter clade). Environ Microbiol 2014;16:218-38
Drüppel K, Hensler M, Trautwein K, Koßmehl S, Wöhlbrand L, Schmidt-Hohagen K, Ulbrich M, Bergen N, Meier-Kolthoff JP, Göker M, Klenk HP, Schomburg D, Rabus R
