Forschung der Arbeitsgruppe Allgemeine Mikrobiologie und mikrobielle Biochemie

Lange glaubte man, dass nur ungefaltete Proteine über Membranen transportiert werden können. Diese Sicht änderte sich mit der Beobachtung, dass es Proteine gibt, welche als Heterooligomere mit nur einem einzigen Signalpeptid an einer der Untereinheiten transportiert werden können. Die „Co-Translokation“ zeigte, dass die Proteine bereits vor dem Transport gefaltet sein mussten. Die Komponenten des entsprechenden Transportsystems, des Tat-Systems, welches gefaltete Proteine über energetisierte Membranen von Prokaryoten und eukaryotischen Organellen bakteriellen Ursprungs transportiert, wurden identifiziert und TatA, TatB und TatC genannt. TatA und TatB ähneln sich und gehören zur selben Proteinfamilie. Es gibt auch „minimale“ Tat-Systeme aus nur zwei Komponenten, TatA und TatC. Proteine der TatAB-Familie haben eine ungewöhnliche Struktur, mit einem sehr kurzen Membrananker, gefolgt von einer amphipathischen Helix auf der cytoplasmatischen Seite und nur wenigen weiteren Resten mit Bedeutung für den Transport. TatC besitzt sechs Transmembranhelices und bindet fest TatB und weniger fest TatA. Wir arbeiten am Tat-System seit den 1990ern, haben 2003 den „membrane-weakening and pulling“ Mechanismus für den Tat-Transport postuliert und analysieren den Tat-Mechanismus in allen Aspekten.

Eisen ist ein essentielles Element für fast alle Organismen auf der Erde. Aufgrund der geringen Löslichkeit von Fe^III unter oxischen Bedingungen haben sich spezifische Mechanismen entwickelt, die die Eisenversorgung sichern. Fluoreszierende Pseudomonaden welche in Wirtshabitaten leben, wie etwa humanpathogene oder endophytisch lebende Bakterien, sind extremer Eisenlimitierung ausgesetzt. Unter diesen Bedingungen produzieren und sekretieren diese Pseudomonaden Pyoverdine, fluoreszierende hochaffine Siderophore, welche Fe^III komplexieren. Diese Komplexe werden anschließend wieder aufgenommen, um das Eisen in die Zellen zu bringen. Pyoverdine werden aus cytoplasmatisch synthetisierten nicht-ribosomalen Peptiden gebildet, sogenannten Ferribactinen, welche im Periplasma zu fluoreszierenden und weiter modifizierten Pyoverdinen umgewandelt werden. Wir studieren die periplasmatische Maturierung und Modifikation von Pyoverdinen. Bislang konnten wir die physiologischen Funktionen von drei der fünf involvierten Enzyme herausfinden, PvdO, PtaA und PvdN. Wir konnten ebenfalls präziser die Funktion eines vierten Enzymes klären, PvdP, welches gemeinsam mit PvdO die Bildung des Fluorophors katalysiert. Unser Ziel ist die Aufklärung der gesamten Biochemie der periplasmatischen Pyoverdinmaturierung und -modifikation.