Einfluss des Phosphotransferase Systems von Pseudomonas putida auf stoffwechselphysiologische und biotechnologisch relevante Prozesse (Projekt abgeschlossen)

Alle zellulären Vorgänge sind durch ein eng verwobenes Netzwerk von Signalübertragung zwischen Genen, Proteinen und Stoffwechsel kontrolliert. Genom, Proteom und Metabolom einer Zelle stellen eine stark verknüpfte Einheit da, in der keiner ohne die Kontrolle und das Feedback des anderen Teils seine Aufgaben erfüllen kann. Eine der Regulationseinheiten, welche den metabolischen Status der Zelle mit einer Vielzahl von regulatorischen und physiologischen Aktivitäten verbindet, ist das sogenannte Phosphotransferase System (PTS).

Neben dem klassischen Phosphoenolpyruvat:Kohlenhydrat PTS, besitzen vielen Prokaryonten einen weiteren PTS-Zweig, der nicht an dem Transport von Kohlehydraten in die Zelle beteiligt ist, sondern eine Rolle bei der Regulation von stoffwechselphysiologischen Prozessen spielt. In Pseudomonas putida koexistiert ein Zucker-PTS (PTSFru), verantwortlich für die Aufnahme von Fruktose in die Zelle, mit dem Stickstoff-PTS (PTSNtr). Die genaue Funktion des PTSNtr in P. putida und anderen Bakterien ist noch nicht vollständig geklärt und Teil der wissenschaftlichen Forschung. Beide Systeme können unter bestimmten Umweltbedingungen durch den Austausch von Phosphatgruppen miteinander kommunizieren. P. putida spielt nicht nur eine wichtige Rolle in der Bioremidation, sondern ist, aufgrund seiner hohen Streßresistenz, auch für die biotechnologischen Produktion von Interesse. Eine Grundvoraussetzung für die Nutzung eines Organismus als zelluläre Fabrik ist das Verstehen der regulativen Einflüsse auf stoffwechselphysiologische Prozesse.

Das Hauptziel dieses Forschungsvorhabens ist die Identifizierung der Rolle des Stickstoff-Phosphotransferase Systems (PTSNtr) von P. putida auf den zentralen Stoffwechsel, die Kalium Homöostase, und die Akkumulation von Polyhydroxyalkanoaten (PHAs), auch bekannt als Bioplastik. Diese Untersuchungen finden in enger Zusammenarbeit mit der Modellierungseinheit unserer Gruppe statt. Die generierten experimentellen Daten liefern zum einen die Basis für nachfolgende mathematische Modellierung des entsprechenden Systems und zum anderen werden so erstellte Modelle auf experimenteller Ebene verifiziert und validiert. Diese Informationen werden zusammengenommen dazu beitragen, die komplexen Vorgänge bei dem Zusammenspiel aus Regulation und Stoffwechsel besser zu verstehen und ermöglichen so die biotechnologischen Kapazitäten von P. putida in Zukunft möglichst vollständig und optimal auszunutzen.