Licht und Sauerstoff: wie Bakterien auf photooxidativen Stress reagieren

0 ) an photosynthetischen Membranen fhrt zur Aktivierung einer Vielzahl von Regulatoren bei Rhodobacter sphaeroides. Alter- native Sigma-Faktoren (RpoE, RpoH 1 Abb. 1: Die Bildung von Singulett-Sauerstoff ( 2 Sponsoren der vier VAAM-Promotions- preise 2012 waren die Firmen: BASF, Sanofi-Aventis, Bayer Health- care , New England Biolabs, Evonik Degussa Korrespondenzadresse: Dr. Bork Berghoff Institut fr Mikrobiologie und Molekularbiologie Justus-Liebig-Universitt Gieen Heinrich-Buff-Ring 26 D-35392 Gieen Tel.: 0641-99-35551 Fax: 0641-99-35549 - BORK BERGHOFF INSTITUT FR MIKROBIOLOGIE UND MOLEKULARBIOLOGIE, UNIVERSITT GIEEN Licht und Sauerstoff konfrontieren photosynthetische Organismen durch die Entstehung von Singulett-Sauerstoff (1O2) unmittelbar mit photooxidativem Stress. 1O2 wird gebildet, wenn (Bakterio-)Chlorophylle durch Licht angeregt werden und die aufgenommene Energie auf molekularen Sauerstoff bertragen. Diese reaktive Sauerstoffspezies wird daher als toxisches Nebenprodukt der Photosynthese bezeichnet. Die Purpurbakterien Rhodobacter sphaeroides (fhrt anaerob anoxygene Photosynthese durch) und Roseobacter denitrificans (fhrt aerob anoxygene Photosynthese durch) dienen als Modellorganismen fr die Untersuchung von photooxidativem Stress in Bakterien. Beide Vertreter nutzen hnliche regulatorische Faktoren, um auf die schdliche Wirkung von 1O2 zu reagieren. Es existieren jedoch artspezifische Unterschiede: So produzieren isolierte photosynthetische Membranen von Roseobacter etwa dreimal mehr 1O2 als Membranen von Rhodobacter. Dies fhrt zu einer entsprechend strkeren Induktion der regulatorischen Systeme [1]. Neben alternativen Sigma-Faktoren, welche die Regulation auf transkriptionaler Ebene steuern, identifizierten und untersuchten wir eine Reihe von Moleklen, die auf posttranskriptionaler Ebene funktionieren. Durch die Anreicherung von Primrtranskripten in Kombination mit modernen Sequenzierungsverfahren fanden wir kleine RNAs (small RNAs, sRNAs) in Rhodobacter [2]. Die Synthese einiger dieser sRNAs steht unter der Kontrolle der alternativen Sigma-Faktoren RpoE, RpoHII und RpoHI, wodurch ihre Menge unter Stress hochreguliert wird. Ihr Funktionsspektrum erstreckt sich von der Steuerung des Schwefel- und C1-Metabolismus bis hin zur Regulation von Transportern (unverffentlicht). Whrend die Expression einiger sRNAs einen deutlichen Phnotyp verursacht, ist die Funktion anderer eher in der Feinsteuerung der Genexpression zu suchen. Ein wichtiger Faktor fr die Funktionsweise von sRNAs ist das RNA-bindende Protein Hfq, dem die Rolle eines globalen Regulators zugeschrieben wird. Die Deletion des hfq-Gens in Rhodobacter fhrt zu Phnotypen, die auf eine Strung in der Genregulation hinweisen. Erstmals konnten wir zeigen, dass Hfq einen Einfluss auf die Expression von Photosynthesegenen hat und an der Regulation der photooxidativen Stressantwort beteiligt ist [3]. Durch KoImmunprzipitation von RNAs zusammen mit Hfq wurde deutlich, dass unter 1O2-Stress vorrangig auch Stress-abhngige sRNAs an Hfq gebunden vorliegen. Folglich bestimmen die ueren Bedingungen nicht nur die Expression von sRNAs, sondern auch deren Verteilung auf Hfq. Unsere Arbeiten zur photooxidativen Stressantwort machen deutlich, dass eine Vielzahl regulatorischer Faktoren (sowohl Proteine als auch RNAs) in einem komplexen Netzwerk miteinander agiert (Abb. 1). Dies weist den Weg zum vertieften Verstndnis, wie sich phototrophe Bakterien an Licht- und Sauerstoff-reiche Habitate anpassen konnten. (...truncated)