Charakterisierung eines neuen Enzymsystems zur Aktivierung von Aceton durch sulfatreduzierende Bakterien

• Antragsteller: Professor Dr. Bernhard Schink
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391398354

Während Aceton-verwertende aerobe, phototrophe und nitratreduzierende Bakterien ihr Substrat durch eine Carboxylierung zu Acetoacetat aktivieren, benutzen sulfatreduzierende Bakterien keine Aceton-Carboxylase, und Acetoacetat ist kein Zwischenprodukt im Abbauweg. Untersuchungen an Desulfococcus biacutus in unserem Labor haben gezeigt, dass CO ein besseres Co-Substrat für den Acetonabbau ist als CO2, und dass die Aktivierung neben ATP und Coenzym A Thiamindiphosphat als Cofaktor braucht. Nach unserer gegenwärtigen Arbeitshypothese wird Formyl-CoA in einer Thiamindiphosphat-abhängigen Reaktion an das Carbonyl-Kohlenstoffatom des Acetons addiert und auf diese Weise 2-Hydroxyisobutyryl-CoA gebildet, das anschliessend zu 3-Hydroxybutyryl-CoA isomerisiert und zu Acetoacetyl-CoA oxidiert wird. Letzteres wird nach thiolytischer Spaltung im umgekehrten Wood-Ljungdahl-Weg vollständig oxidiert. Das geplante Projekt wird sich auf die Reinigung und Charakterisierung der Thiamindiphosphat-abhängigen 2-Hydroxyisobutyryl-CoA-Synthase und die Bildung des angenommenen Co-Substrats Formyl-CoA konzentrieren. Wir können dabei aufbauen auf ein vollständig sequenziertes und annotiertes Genom von D. biacutus, auf die Proteom-basierte Identifizierung der am Acetonabbau beteiligten Enzyme, umfangreiche Erfahrungen mit der heterologen Expression von Enzymen dieses Bakteriums, sowie ausgezeichnete Unterstützung auf dem Gebiet der chemischen Synthese und der Analytik (HPLC-MS etc.) durch Partner an der Universität Konstanz.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor David Schleheck, Ph.D.