S-Schicht-Proteine als Bausteine in der Nanobiotechnologie

Viele Bakterien und Archaea besitzen als äußerste Zellgrenzschicht zweidimensionale Proteingitter, so genannte S- Schichten, welche die Zelle während aller Wachstums- und Teilungsphasen bedecken. In gram-positiven Bakterien erkennen die S-Schicht-Untereinheiten bestimmte Heteropolysaccharide, so genannte sekundäre Zellwandpolymere (SCWP) als Ankermolelüle in der festen Zellwand. Bezüglich der Bindung zwischen S-Schicht und SCWP können zwei Hauptmechanismen unterschieden werden. Im ersten Bindungsmechanismus, der unter Prokaryonten weit verbreitet und im Laufe der Evolution konserviert worden ist, interagieren so genannte SLH (S-layer-homologous)- Domänen mit pyruvylierten SCWPs. Im zweiten Mechanismus, der bisher nur für Geobacillus stearothermophilus Wildtypstämme beschrieben wurde, sind als Bindungspartner mannosaminuronsäurehältige SCWPs, sowie ein N- Terminus ohne SLH-Domäne involviert. Im vorliegenden Projekt wird das Vorkommen bzw. die Verbreitung dieses zweiten Bindungstyps in ausgewählten Stämmen von gram-positiven Bakterien untersucht werden. In diesem Zusammenhang sollen auch die Gene, die für die Synthese des mannosaminuronsäurehältigen SCWPs in G. stearothermophilus Wildtypstämmen verantwortlich sind, identifiziert werden. Im G. stearothermophilus Wildtypstamm PV72/p6 wird unter hohen Sauerstoffkonzentrationen in Abwesenheit des natürlichen Selektionsdrucks, das vom S-Schicht-Protein SbsA gebildete hexagonale Gitter durch ein schräges Gitter ersetzt, welches aus dem S-Schicht-Protein SbsB der Stammvariante PV72/p2 aufgebaut ist. Während der Umstellung vom sbsA-Gen des Wildtyps zum sbsB-Gen der Variante konnte auch eine Änderung des SCWP-Typs beobachtet werden. In dem vorliegenden Projekt soll die, das sbsB-Gen umgebende DNA-Region sequenziert und auf das Vorhandensein von Genen, die für die Synthese des variantenspezifischen, pyruvylierten SCWPs verantwortlich sind, analysiert werden. Darüber hinaus wird untersucht werden, ob diese Gene vor der Variantenbildung gemeinsam mit dem sbsB-Gen auf einem Megaplasmid lokalisiert sind oder anderswo im Genom zu finden sind. Weiters sollen G. stearothermophilus Wildtypstämme, für die die Entstehung von SLH-Domänen-tragenden Varianten bisher noch nicht beschrieben wurde, auf ihr Potential zur Variantenbildung unter nicht sauerstofflimitierten Bedingungen untersucht werden. Da unsere Gruppe zeigen konnte, dass S-Schicht-Proteine und SCWPs einzigartige Bausteine zur Herstellung von supramolekularen Strukturen für die Nanobiotechnologie darstellen, soll dieses Projekt dazu beitragen, einen genaueren Einblick in die molekularen Mechanismen der auf diesem konservierten Bindungsmechanismus basierend Variantenentstehung zu bekommen.

Viele Bakterien und Archaea besitzen als äußerste Zellgrenzschicht zweidimensionale Proteingitter, so genannte S- Schichten, welche die Zelle während aller Wachstums- und Teilungsphasen bedecken. In gram-positiven Bakterien erkennen die S-Schicht-Untereinheiten bestimmte Heteropolysaccharide, so genannte sekundäre Zellwandpolymere (SCWP) als Ankermolelüle in der festen Zellwand. Bezüglich der Bindung zwischen S-Schicht und SCWP können zwei Hauptmechanismen unterschieden werden. Im ersten Bindungsmechanismus, der unter Prokaryonten weit verbreitet und im Laufe der Evolution konserviert worden ist, interagieren so genannte SLH (S-layer-homologous)- Domänen mit pyruvylierten SCWPs. Im zweiten Mechanismus, der bisher nur für Geobacillus stearothermophilus Wildtypstämme beschrieben wurde, sind als Bindungspartner mannosaminuronsäurehältige SCWPs, sowie ein N- Terminus ohne SLH-Domäne involviert. Im vorliegenden Projekt wird das Vorkommen bzw. die Verbreitung dieses zweiten Bindungstyps in ausgewählten Stämmen von gram-positiven Bakterien untersucht werden. In diesem Zusammenhang sollen auch die Gene, die für die Synthese des mannosaminuronsäurehältigen SCWPs in G. stearothermophilus Wildtypstämmen verantwortlich sind, identifiziert werden. Im G. stearothermophilus Wildtypstamm PV72/p6 wird unter hohen Sauerstoffkonzentrationen in Abwesenheit des natürlichen Selektionsdrucks, das vom S-Schicht-Protein SbsA gebildete hexagonale Gitter durch ein schräges Gitter ersetzt, welches aus dem S-Schicht-Protein SbsB der Stammvariante PV72/p2 aufgebaut ist. Während der Umstellung vom sbsA-Gen des Wildtyps zum sbsB-Gen der Variante konnte auch eine Änderung des SCWP-Typs beobachtet werden. In dem vorliegenden Projekt soll die, das sbsB-Gen umgebende DNA-Region sequenziert und auf das Vorhandensein von Genen, die für die Synthese des variantenspezifischen, pyruvylierten SCWPs verantwortlich sind, analysiert werden. Darüber hinaus wird untersucht werden, ob diese Gene vor der Variantenbildung gemeinsam mit dem sbsB-Gen auf einem Megaplasmid lokalisiert sind oder anderswo im Genom zu finden sind. Weiters sollen G. stearothermophilus Wildtypstämme, für die die Entstehung von SLH-Domänen-tragenden Varianten bisher noch nicht beschrieben wurde, auf ihr Potential zur Variantenbildung unter nicht sauerstofflimitierten Bedingungen untersucht werden. Da unsere Gruppe zeigen konnte, dass S-Schicht-Proteine und SCWPs einzigartige Bausteine zur Herstellung von supramolekularen Strukturen für die Nanobiotechnologie darstellen, soll dieses Projekt dazu beitragen, einen genaueren Einblick in die molekularen Mechanismen der auf diesem konservierten Bindungsmechanismus basierend Variantenentstehung zu bekommen.