Dokument: Untersuchungen zur Fettsäure- und Zellwandsynthese sowie zur Glutamatbildung mit Corynebacterium glutamicum

Titel:	Untersuchungen zur Fettsäure- und Zellwandsynthese sowie zur Glutamatbildung mit Corynebacterium glutamicum
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=3135
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20050629-001135-2
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Radmacher, Eva [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 9,93 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 09.02.2007 / geändert 09.02.2007
Beitragende:	Prof. Dr. Sahm, Hermann [Gutachter] Prof. Dr. Jaeger, Karl-Erich [Gutachter]
Stichwörter:	Corynebacterium glutamicum, Zellwand, Ethambutol, Glutamatexkretion, Arabinosyltransferase, ArabinogalaktanCorynebacterium glutamicum, cell wall, ethambutol, glutamate excretion, arabinosyltransferase, arabinogalactan
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Mit Corynebacterium glutamicum werden jährlich 1,2 Millionen Tonnen L-Glutamat hergestellt. Vieles spricht dafür, dass eine Veränderung der Zellwandstruktur am Glutamtefflux beteiligt ist. Die Zellwand von C. glutamicum ist ähnlich aufgebaut wie die von Mycobacterium tuberculosis. Sie ist durch das Zuckerpolymer Arabinogalaktan gekennzeichnet sowie durch den Besitz von Mycolsäuren, die eine zweite äußere Lipidschicht bilden. Es konnte eine neuartige Technik zur Induktion der Glutamatausscheidung gefunden werden. Ethambutol-Behandlung führt zur Glutamatakkumulation von 55 mM bei einer maximalen spezifischen Effluxrate von 15 nmol min-1 mg (Trockengewicht)-1. Die Wirksamkeit von Ethambutol ist bei Überexpression von emb, das für eine Arabinosyltransferase kodiert, reduziert. Eine emb-Deletionsmutante wächst nur stark verzögert, scheidet Glutamat aus und zeichnet sich ferner durch verminderten Arabinosegehalt des Arabinogalaktans sowie Abwesenheit von Mycolsäuren aus. Diese Analysen und die von Ethambutol-behandelten Zellen zeigen, dass ein verändertes Arabinogalaktan und eine reduzierte äußere Lipidschicht Glutamatexkretion ermöglichen. Die drei emb-Gene aus M. tuberculosis wurden in C. glutamicum plasmidkodiert eingebracht. Trotz nachgewiesener Expression können sie die Funktion des einzigen emb-Gens in C. glutamicum nicht ersetzen, was auf starke Spezialisierung der einzelnen Arabinosyltransferasen hinweist. Ungewöhnlicherweise besitzt C. glutamicum zwei Fettsäuresynthasen, FasA und FasB, und es gelang, beide zu inaktivieren. Während die fasB-Mutante prototroph ist, ist die fasA-Mutante Ölsäure-auxotroph. Die Lipidanalysen der Mutanten ergaben, dass das Hauptprodukt des FasA-Enzyms Ölsäure ist, das des FasB-Enzyms hingegen Palmitat. Damit ist eine spezifische in vivo-Funktion der Fettsäuresynthasen gezeigt, und dass C. glutamicum offensichtlich tolerant gegenüber der Fettsäurezusammensetzung ist, da die fasB-Mutante im Wachstum nicht beeinträchtigt ist. Durch Ethambutol-Behandlung ist eine neue Möglichkeit gegeben, Glutamatefflux zu erreichen. Erstmals ist gezeigt, dass Glutamatefflux auch durch Veränderung der Arabinogalaktanstruktur möglich ist. Dies ist ein starker Hinweis, dass der Glutamatefflux mit massiver Veränderung der Zellwandstruktur einhergeht. Die Tatsache, dass auch ein reduzierter Fettsäure- und Mycolsäuregehalt den Efflux auslösen, deutet auf einen eher unspezifischen Effekt hin, der zur Glutamatexkretion führt. With Corynebacterium glutamicum 1.2 million tons of L-glutamate is produced each year. Alterations in cell wall structure are supposed to be an important trigger of the L glutamate production process. Interestingly, compared to the pathogen Mycobacterium tuberculosis the cell wall of C. glutamicum is of similar composition. In both organisms arabinogalactan and mycolic acids are cell wall components. The mycolic acids form a second lipid bilayer. By treatment with ethambutol an accumulation of 55 mM L glutamate can be achived. The maximum specific productivity reached in this production process is 15 nmol min-1 mg (dry weight)-1. Overexpression of emb, which codes for an arabinosyltransferase, results in a reduced efficiency of ethambutol treatment. An emb-deletion mutant exhibits a strong growth defect and a strong reduction of the arabinose content of arabinogalactan. Furthermore mycolic acids are absent in this mutant. An analysis of the emb-mutant and C. glutamicum cells treated with ethambutol demonstrated that an altered arabinogalactan and a reduction of the outer lipid bilayer enable L-glutamate excretion. The expression of the three emb-genes of M. tuberculosis in C. glutamicum did not result in complementation of the phenotype of the emb-deletion mutant indicating the strong specificities of the three mycobacterial arabinosyltransferases. C. glutamicum possesses two fatty acid synthases, FasA and FasB. Inactivation of the corresponding genes showed that the fasA-mutant was oleic acid auxotrophic whereas the fasB-deletion resulted in no phenotype. Lipid analyses of the mutants revealed the in vivo functions of the enzymes. The main product of FasA is oleic acid and of FasB palmitic acid. Obviously, C. glutamicum is able to tolerate changes in lipid composition because the fasB-mutant does not exhibit a growth defect. Ethambutol treatment is a new method to induce L glutamate excretion. Furthermore it could be demonstrated that alterations in cell wall composition lead to L glutamate excretion. The fact that a reduced content of fatty acids and mycolic acids result in L-glutamate excretion indicate that the reason for L glutamate excretion is a rather unspecific effect.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie
Dokument erstellt am:	29.06.2005
Dateien geändert am:	12.02.2007
Promotionsantrag am:	16.12.2004
Datum der Promotion:	16.12.2004