Faktoren, die mikrobielle terminale Oxidasen beeinflussen

Lebensräume mit Sauerstoff (O2)-Gradienten sind auf der Erde weit verbreitet und reichen vom menschlichen Darm über Habitate im Meer und Boden. Mikroorganismen können O2 über diese Konzentrationsgefälle hinweg zur Energiegewinnung nutzen, da sie Enzyme (so genannte terminale Oxidasen (TOs)), mit niedriger und hoher Affinität zu O2 enthalten. Es wird allgemein angenommen, dass die Fähigkeit niedrige O2-Konzentrationen zu verwerten, auf das Vorhandensein von TOs mit hoher Affinität zurückzuführen ist, während TOs mit niedriger Affinität bei hohen O2-Konzentrationen verwendet werden. Es gibt jedoch zunehmend Hinweise darauf, dass die Nutzung von TOs mit niedriger und hoher Affinität nicht diesem dogmatischen Muster aus unseren Schulbüchern folgt, sondern dass die Regulationsmechanismen komplexer sind. Wir haben kürzlich herausgefunden, dass Mitglieder einer weitverbreiteten Gruppe von Bodenbakterien, den Acidobacteriota, TOs mit niedriger Affinität nutzen können, um niedrige O2-Konzentrationen zu veratmen - im Gegensatz zum Textbuchwissen. Dies deutet darauf hin, dass andere Faktoren als O2 die Expression dieser TOs bestimmen. Wir werden diese Beobachtung weiter ausbauen und andere physiologische und umweltbedingte Faktoren erforschen, die möglicherweise die Expression dieser TOs steuern und Mikroorganismen eine größere metabolische Flexibilität zur Bewältigung von Stressfaktoren verleihen könnten. Durch eine Kombination aus wachstumsbasierten Untersuchungen in Verbindung mit Genexpression und hochempfindlichen O2-Messungen werden wir die Expression dieser TOs unter verschiedenen Nährstoff- und Kohlenstoffkonzentrationen sowie verschiedenen physiologischen Zuständen von Mikroorganismen charakterisieren. Darüber hinaus werden wir bewerten, wie die unterschiedliche Expression dieser TOs die Gesamtphysiologie der Mikroorganismen beeinflusst, indem wir die Effizienz messen, mit der die Mikroorganismen Kohlenstoff für ihr Wachstum nutzten. Diese Untersuchungen werden zunächst an den Modellorganismen des Bodens, den Acidobacteriota, durchgeführt. Wir werden jedoch über diese Organismen hinausgehen und das Ausmaß dieser Strategie in anderen Gruppen von Bodenbakterien ermitteln. In diesem Projekt soll die Expression der TOs mit niedriger und hoher Affinität und die (Umwelt-) Bedingungen (über die O2-Konzentration hinaus), die ihre Nutzung zur Energiegewinnung in repräsentativen Bodenbakterien regulieren, besser verstanden werden. Dies wird durch einen ganzheitlichen Ansatz aus Genomik, Genexpression, Atmungskinetik und wachstumsbasierten Experimenten an umweltrelevanten Modell-Bodenmikroorganismen - ausgewählten Stämmen der weit verbreiteten Acidobacteriota und anderen repräsentativen Bodenbakterien - erreicht werden. Dieses Projekt wird einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der Ursachen für die unterschiedliche Nutzung von TOs leisten und kann erhebliche Auswirkungen auf unser Verständnis der mikrobiellen Physiologie haben. Darüber hinaus können unsere Erkenntnisse auch auf eukaryotische Organismen übertragen werden, da auch sie mehrere TOs besitzen. Das Projekt wird von Stephanie A. Eichorst geleitet, in Zusammenarbeit mit Dagmar Woekben, Anna Lopatina an der Universität Wien und Emilio G. Garcia-Robledo an der Universität Cadiz, Spanien.