Dokument: γ-Aminobutyrate as carbon and nitrogen source for Corynebacterium glutamicum and regulation of the catabolic genes by GabR
| Titel: | γ-Aminobutyrate as carbon and nitrogen source for Corynebacterium glutamicum and regulation of the catabolic genes by GabR | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=52597 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20200311-101408-3 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Zhu, Lingfeng [Autor] | |||||||
| Dateien: |
| |||||||
| Beitragende: | Prof. Dr. Bott, Michael [Gutachter] Prof. Dr. Axmann, Ilka [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | Corynebacterium glutamicum ist ein Gram-positives Bodenbakterium, das für die industrielle Produktion von Aminosäuren wie L-Glutamat und L-Lysin genutzt wird. C. glutamicum kann eine Vielzahl von Kohlenhydraten, Alkoholen und organischen Säuren als einzige Kohlenstoff- und Energiequelle für das Wachstum und einige auch für die Aminosäureproduktion verwenden. In dieser Arbeit wurden weitere potenzielle Kohlenstoffquellen untersucht, ob sie für das Wachstum von C. glutamicum verwendet werden können. γ-Aminobuttersäure (GABA) ist eine nicht proteinogene Aminosäure und in der Natur von Mikroorganismen bis zu Pflanzen und Tieren weit verbreitet. C. glutamicum zeigte ein gutes Wachstum mit GABA als einziger Kohlenstoff- und Stickstoffquelle. Bemerkenswerterweise hemmten Ammoniak und in geringerem Maße Harnstoff das Wachstum von GABA, während L-Glutamin es stimulierte. Mögliche Gründe für diese Effekte wurden analysiert. Eine genomweite Expressionsanalyse ergab, dass die für GABA-Transaminase, Succinat-Semialdehyd-Dehydrogenase und GABA-Permease kodierenden gabTDP-Gene in Zellen, die mit GABA anstelle von Glucose als Kohlenstoffquelle kultiviert wurden, stark induziert waren. Die entsprechenden Proteine katalysieren die GABA-Aufnahme, den Transfer der Aminogruppe zu 2-Oxoglutarat und die Oxidation des entstandenen Succinatsemialdehyds zu Succinat. Es wurde gezeigt, dass die Transkriptionsaktivierung der gabTDP-Gene strikt von dem Transkriptionsregulator GabR abhängt, der stromaufwärts von und divergent zu gabT codiert ist. Eine ΔgabR-Mutante konnte auf GABA nicht wachsen, jedoch mit anderen Kohlenstoffquellen. Das Wachstum der ΔgabR-Mutante auf GABA konnte durch plasmidbasierte Expression von entweder gabR oder gabTDP wiederhergestellt werden. Reportergenstudien bestätigten, dass die Expression von gabTDP von GabR und GABA abhängt. Glucose verursachte eine verminderte Expression von gabTDP, vermutlich über den cAMP-abhängigen globalen Regulator GlxR. GabR gehört zur PucR-Familie der Transkriptionsregulatoren. Gereinigtes GabR wurde als Octamer mit einer apparenten Masse von 420 kDa in der Größenausschlusschromatographie eluiert und band spezifisch an zwei Bindungsstellen in der intergenen gabR-gabT-Region, die sich von -36 bis -56 und von -67 bis -87 stromaufwärts des gabT-Transkriptionsstarts erstreckten. Diese Ergebnisse zeigen neue Charakteristika der Verwendung von GABA in Actinobakterien.Corynebacterium glutamicum is a Gram-positive soil bacterium widely used in the industrial production of amino acids such as L-glutamate and L-lysine. C. glutamicum is able to use a variety of carbohydrates, alcohols and organic acids as single sources of carbon and energy for growth and some also for amino acid production. In this thesis, further potential carbon sources were investigated whether they can be used for growth by C. glutamicum. γ-Aminobutyric acid (GABA) is a non-proteinogenic amino acid and widespread in nature from microorganisms to plants and animals. C. glutamicum showed good growth with GABA as sole carbon and nitrogen source. Remarkably, ammonia and and to a lesser extent urea inhibited growth on GABA, whereas L-glutamine stimulated it. Possible reasons for these effects were analyzed. Genome-wide expression analysis revealed that the gabTDP genes encoding GABA transaminase, succinate semialdehyde dehydrogenase, and GABA permease, respectively, were highly induced in cells grown with GABA as carbon source compared to glucose-grown cells. The corresponding proteins catalyze GABA uptake, the transfer of the amino group to 2-oxoglutarate, and the oxidation of the resulting succinate semialdehyde to succinate. Transcriptional activation of the gabTDP genes was shown to be strictly dependent on the transcriptional regulator GabR, which is encoded upstream of and divergent to gabT. A ΔgabR mutant failed to grow on GABA, but not with other carbon sources. Growth of the ΔgabR mutant on GABA could be restored by plasmid-based expression of either gabR or gabTDP. Reporter gene studies confirmed that expression of gabTDP is dependent on GabR and GABA. Glucose caused reduced expression of gabTDP presumably via the cAMP-dependent global regulator GlxR. GabR belongs to the PucR family of transcriptional regulators. Purified GabR eluted as an octamer with an apparent mass of 420 kDa in size-exclusion chromatography and bound specifically to two binding sites in the gabR-gabT intergenic region extending from -36 to -56 and from -67 to -87 upstream of the gabT transcriptional start site. These results uncover new features of actinobacterial GABA utilization. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Sonstige Einrichtungen/Externe » Institute in Zusammenarbeit mit der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf » Institut für Biotechnologie, Forschungszentrum Jülich GmbH | |||||||
| Dokument erstellt am: | 11.03.2020 | |||||||
| Dateien geändert am: | 11.03.2020 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 19.12.2019 | |||||||
| Datum der Promotion: | 17.02.2020 |
