Gold Metabolismus in Cupriavidus metallidurans

• Antragsteller: Professor Dr. Dietrich H. Nies
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 413987102

In der letzten Dekade hat unsere Gruppe in enger Zusammenarbeit mit Frank Reith in Adelaide/Australien und anderen Partnern herausgefunden, warum und wie das Metall-resistente Bakterium Cupriavidus metallidurans in seinem Periplasma Gold-Nanopartikel bildet. Löslich Au(III)-Komplexe werden bei Kontakt mit der Bakterienzelle rasch zu Au(I) reduziert. Diese Verbindung wird ins Cytoplasma importiert, wo es als solches toxisch wirkt und zusätzlich den Export von überschüssigem Cu(I) hemmt, so dass eine synergistische Au/Cu-Toxizität resultiert. Dies stellt am Standort für das Bakterium ein Problem dar. C. metallidurans löst dieses Problem durch Re-Oxidation von Au(I) zu Au(III)-Komplexen im Periplasma durch die Oxidase CopA. Dies vermindert nicht nur Import von Au(I) ins Cytoplasma, es erlaubt auch die direkte Reduktion von Au(III) zu metallischem Au(0) im Periplasma, so dass Gold-Nanopartikel gebildet werden können, ohne das giftige Au(I)-Intermediate entstehen. Dabei sind noch längst noch nicht alle Fragen gelöst. Dieser Antrag soll einige der offenen Fragen adressieren. Erstens akkumuliert C. metallidurans bereits innerhalb einer Minute nach Kontakt mit Au(III)-Komplexen Au im Cytoplasma, das dann als Au(I)-S-Species sichtbar wird. Dies könnte auf Au(I)-Glutathionato-Komplexe im Cytoplasma hindeuten. Später entstehen dann Gold-Nanopartikel im Periplasma. Da C. metallidurans keine Au-exportierende P-typ ATPase besitzt, ergibt sich die Frage, wie das Gold wieder ins Periplasma kommt. Zweitens enthalten Gold-bildende Böden neben Gold, Kupfer und anderen Übergangsmetallen auch Silber. Die Interaktion von Ag(I) mit Au- und Cu-Resistenz ist aber vollkommen ungeklärt. Drittens bindet im Cytoplasma Au(I) an das Kupfer-Chaperon CupC. Wie ist die Rolle dieses Proteins in der Au(I)-bewirkten Hemmung des Cu(I)-Exports durch die P-type ATPase CupA? Viertens ist auch die Interaktion von C. metallidurans mit anderen Bakterien unklar, mit denen der Organismus in Biofilmen Gold-Körnchen besiedelt. Dies führt zu fünf Aufgaben, von denen Nr. 1 der Kern dieses Antrag ist, Nr. 2 und 3 Nebenprojekte und die restliche beiden Reserve- und Test-Projekte für die zweite Antragsperiode:1. Wie ist die Verbindung zwischen Au(I)-, Ag(I)-, Cu(I)-export aus dem Cytoplasma und lutathion?2. Gibt es bei C. metallidurans eine aktive Ausscheidung von Gold-Nanopartikeln aus dem Periplasma?3. Wie ist die Interaktion zwischen verschiedenen Cu-exportierenden P-typ ATPasen, Au(I), Ag(I), CupC und Glutathion?4. Wie ist die Interaktion zwischen verschiedenen periplasmatischen Cu(I)-Oxidasen und Glutathion?5. Unterscheiden sich Gold-Resistenz und -Mobilisierung von C. metallidurans von den Mechanismen in anderen Bakterien?

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen