Dokument: Charakterisierung der Nisin immunität System NisI und NisFEG von Lactococcus lactis

Titel:	Charakterisierung der Nisin immunität System NisI und NisFEG von Lactococcus lactis
Weiterer Titel:	Characterization of the nisin immunity system NisI and NisFEG from Lactococcus lactis
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=31082
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20141117-135423-0
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Dr. Alkhatib, Zainab [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 10,96 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 16.10.2014 / geändert 16.10.2014
Beitragende:	Prof. Dr. Lutz Schmitt [Gutachter] Prof. Dr. Karl -Erich Jaeger [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie
Beschreibungen:	Nisin wird von einigen Stämmen des Milchsäure Bakteriums Lactococcus lactis produziert und gehört zur Klasse der Lantibiotika. Diese antimikrobiellen Peptide werden als Bestandteil der bakteriellen Abwehr gegen fremde, Gram-positive Bakterien produziert. Die antimikrobielle Aktivität von Nisin wurde in der Vergangenheit intensiv untersucht und Nisin fungiert daher als das Modelsystem für diese Peptidfamilie. Nisin beinhaltet fünf charakteristische Lanthioninringe, welche für die antimikrobielle Aktivität verantwortlich sind. Der Reaktionsmechanismus von Nisin umfasst unter anderem die Komplexbildung mit dem Zielmolekül Lipid II in einem Verhältnis von vier Lipid II Molekülen und acht Nisin Molekülen. Dieser Nisin-Lipid II Komplex bildet Poren in der Plasmamembran, welche zum Zelltod führen. Um sich gegen das selbst produzierte Lantibiotika zu schützen, besitzen Nisin produzierenden Bakterienstämme ein Immunsystem bestehend aus einem Lipoprotein NisI und einem ABC-Transporter NisFEG (Kapitel 1). Das Ziel dieser Doktorarbeit war die Untersuchung dieses Zwei-Komponenten- Immunsystems im Hinblick auf die Interaktion mit Nisin. In Kapitel III wurde der Anteil des Proteins NisI im Hinblick auf die Immunität gegenüber Nisin untersucht. L. lactis Zellen, welche das Protein NisI produzieren, zeigen ungehindertes Zellwachstum bis zu einer Nisin-Konzentration von 70 nM. Darüber hinaus wird die Porenformation von Nisin bis zu einer Konzentration von 1000 nM verhindert. Diese Inhibierung wird durch den C-terminus von NisI vermittelt, da eine Deletion des C-Terminus zu einem verminderten Zellwachstum unter hohen Nisin Konzentrationen führt. Eine Kombination aus simultaner Anwesenheit von NisI und Nisin führt zusätzlich zu einer Änderung der Zellmorphologie, wodurch lange, kettenförmige Bakterienansammlungen charakterisiert sind. Dieser Phänotyp weicht deutlich von der typischen Diplokokken Morphologie ab. Außerdem wird das Zellwachstum eingestellt. In Kapitel IV wurde der Immunitätsbeitrag des ABC-Transporters NisFEG charakterisiert. NisFEG verleiht L. lactis Zellen Immunität gegenüber Nisin bis zu einer Konzentration von 60 nM. Wenn die Nisin Konzentration diesen Schwellenwert überschreitet, bilden sich wiederum Poren in der Plasmamembran. Die Aktivität von NisFEG ist spezifisch von den letzten sechs Aminosäuren des C-Terminus von Nisin als auch von der Anwesenheit des fünften Lanthioninrings abhängig. Die simultane Präsenz beider Immunitätssysteme, NisI und NisFEG, verleiht L. lactis Zellen erst die vollständige Immunität (Kapitel V). Aufbauend auf diesen Daten wurde ein Model, welches die Immunität von Nisin produzierenden L. lactis Stämmen erklärt, erarbeitet. In diesem Model verleiht NisFEG eine initiale Grundimmunität gegen niedrige Nisin Konzentrationen. NisI sorgt darüber hinaus für Immunität bei steigenden Nisin Konzentrationen indem das Zielmolekül Lipid II abgeschirmt wird und die Zellen in eine lange, kettenförmige Morphologie übergehen Nisin is one of the natural antimicrobial peptides, more specifically lantibiotic produced by some Lactococcus lactis strains as part of their defense system against other Gram–positive bacteria. Nisin is considered a model for this peptide family, which has a nanomolar bactericidal activity due to the presence of five specific lanthionine rings. This activity has been thoroughly studied and it was shown that nisin has different modes of action of which the most prominent one is the ability to form stable pores in the target membrane, with a ratio of 4 Lipid II to 8 Nisin molecules. The producer strain expresses an immunity system against nisin consisting of a lipoprotein, NisI, and an ABC transporter, NisFEG (Chapter I). The aim of this thesis was the investigation of the function of each part of the immunity system by studying the interaction between NisI or NisFEG with nisin. NisI and NisFEG provide immunity against nisin when expressed separately in L. lactis (Chapter III and IV). When NisI is present, cells stop growing at nisin concentration above 70 nM. Still, the NisI protein showed a unique ability to inhibit pore formation by nisin even at concentrations of up to 1000 nM. This inhibition was mediated by the C-terminus since its deletion resulted in cells, which were not able to cope with such high concentrations (Chapter III). The NisI-expressing cells showed a special morphology, where the cells appear to arrange themselves in long chains rather than the normal double cocci observed for L. lactis and they stopped growing. In contrast the ABC transporter NisFEG was able to protect the cells from nisin up to 60 nM. At higher concentration the NisFEG-expressing cells suffered from pore formation (Chapter IV). Furthermore NisFEG depends on the last six amino acids as well as the last lanthionine ring of nisin to confer its maximal immunity. When both, NisI and NisFEG, are expressed together the full immunity is revealed (Chapter V) Based on these data, a model of the immunity system against nisin was proposed, where initially NisFEG confers immunity at low levels of nisin. When the concentration of nisin rises, NisI is able to confer even higher immunity by shielding Lipid II and changing the morphology of the cells.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	17.11.2014
Dateien geändert am:	17.11.2014
Promotionsantrag am:	05.05.2014
Datum der Promotion:	27.05.2014