PUB - Publikationen an der Universität Bielefeld

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Antwort des symbiontischen Bodenbakteriums S. meliloti 1021 auf azidischen pH-Stress untersucht. Mit Hilfe des Sm6kOligo-Microarrays wurde die transkriptionelle Antwort von S. meliloti während der ersten Stunde nach Umsetzen von pH 7 auf pH 5,75 zu sechs Zeitpunkten erfasst. Die Analyse der Microarray-Daten mit informatorischen Werkzeugen ergab, dass sich der zeitabhängige Expressionsverlauf differentiell exprimierter Gene in acht Reaktionsprofile (Cluster) aufteilen ließ. Vier Cluster vereinten Gene, die eine Induktion als Antwort auf den pH-Stress aufwiesen, mit jeweils unterschiedlichem Verlauf der Induktion während der Zeitreihe. In den übrigen vier Clustern wurden Gene zusammengefasst, die eine Verringerung ihrer Expression zeigten. In vielen Fällen vereinigten die Cluster Gene, die hinsichtlich ihrer kodierenden Produkte auch in einem funktionellen Zusammenhang stehen. Zwei große Gengruppen, die während der Zeitreihe differentiell exprimiert vorlagen, waren die Exopolysaccharidgene (EPS I) und die Motilitätsgene. Während die EPS I Gene stark induziert waren, wurde die Expression der Motilitätsgene während der Zeitreihe heruntergefahren. Neben diesen Genen waren u.a. Gene des Stickstoffmetabolismus, der Methionin-Biosynthese und Gene des Ionen-Transportes von der pH-Änderung betroffen. Um Regulatoren der pH-Toleranz von S. meliloti zu identifizieren, wurden Regulatorgene mutiert, die während der Zeitreihe differentiell exprimiert vorlagen. Von 55 identifizierten Regulatorgenen konnten für 43 von ihnen entsprechende Mutanten untersucht werden. Von diesen Mutanten zeigten solche mit Mutation in sma1887, smc02584 (actR), smc03015 (visN), smc03046 (rem) und smc04348 einen pH-abhängigen Wachstumsphänotyp. Durch Microarray-Analysen markerfreier Mutanten dieser Gene wurden potentielle Zielgene der Regulatoren identifiziert. In der sma1887-Mutante lag ein benachbartes Multidrug-Efflux System stark induziert vor und verursachte eine starke pH-Sensitivität der Mutante. Das Ausschalten von actR hatte ebenfalls pH-Sensitivität zur Folge und führte zur differentiellen Expression der Gene zweier terminaler Oxidasen (cyoABC und qxtA). Die Deletion von smc04348 und visN verlieh den Mutanten einen Wachstumsvorteil bei niedrigem pH. Das verbesserte Wachstum einer smc04348-Mutante hängt vermutlich mit der Überexpression von ilvC zusammen, einem Housekeeping-Gen, dessen Genprodukt eine Schlüsselrolle bei der Isoleucin/Valin-Biosynthese spielt. Die aufgrund der Mutation von visN inaktivierte Motilität führte bei niedrigem pH zu einem verbesserten Wachstum der Mutante im Vergleich zum Wildtyp. Der Phänotyp stärkt die These, dass das Ausschalten der Motilität bei Stress ein Mechanismus ist, Energie und Material für die Stressantwort einzusparen. Die Mutante von rem, einem VisN/VisR untergeordnetem Regulator, zeigte dagegen eine erhöhte pH-Sensitivität.