GbsR : Ein neuer transkriptioneller Repressor in Bacillus subtilis zur Regulation des Cholin zu Glycin Betain Biosynthesewegs

Bacillus subtilis ist ein Gram-positiver, stäbchenförmiger, mesophiler und fakultativ anaerober Mikroorganismus. Es besiedelt die oberen Bodenschichten und kann bei schlechten Umweltbedingungen als Übergangszustand Sporen bilden. Der Lebensraum von Bodenorganismen ist durch wechselnde Umweltbedingungen, wie z.B. Hitze, Trockenhit, Wasserverfügbarkeit und pH-Wert geprägt. Eine aktive Stressadaptation, welche es der Zelle ermöglicht schnell und gezielt auf Veränderungen der Umwelt zu reagieren, ist daher eine unabdingbare Vorraussetzung für eine erfolgreiche Besiedlung eines solchen Lebensraumes. Ein weit verbreitetes Prinzip der Anpassung an wechselnde osmotische Umweltbedingungen ist die Akkumulation, durch Transport oder de novo Synthese, einer bestimmten Klasse niedermolekularer organischer Osmolyte, den so genannten kompatiblen Soluten. B. subtilis ist in der Lage das kompatible Solut Glycin Betain zu synthetisieren, wenn das Vorläufermolekül Cholin im umgebenden Medium vorhanden ist. Cholin wird über die beiden ABC-Transporter OpuB und OpuC in die Zelle aufgenommen und dort mit Hilfe der Enzyme GbsA und GbsB zu Glycin Betain oxidiert. Es ist bekannt, dass die Expression von gbsA und gbsB nicht osmotisch kontrolliert ist, sondern durch das Vorhandensein von Cholin induziert wird. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass das Gen gbsR, stromabwärts der gbsAB-Gene, für einen Repressor kodiert. GbsR induziert durch aktive Bindung von Cholin die Expression des gbsAB-Operons. Auch die Gene des Transporters OpuB, welcher den Transport von Cholin in die Zelle vermittelt, werden durch GbsR kontrolliert. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass das Endprodukt Glycin Betain die Expression des gbsABOperons reprimiert. Dies geschieht durch einen negativen Feedback-Loop von Glycin Betain auf GbsR. Durch die duale Kontrolle der GbsR-Aktivität durch Cholin und Glycin Betain wird verhindert, dass das kompatible Solut Glycin Betain in übermäßigen Mengen angehäuft wird. Der Repressor GbsR wurde in der vorliegenden Arbeit näher charakterisiert, so konnte durch Bandshift-Analysen gezeigt werden, dass es sich tatsächlich um ein DNA-bindendes Protein handelt, dass spezifisch an Sequenzbereiche der intergenischen Region von gbsABund opuB bindet. Eine mögliche Operator-DNA, die ein Inverted Repeat, ein typisches Bindemotiv für transkriptionelle Regulatoren, enthält, konnte durch Verkürzungen der Promotorregion ermittelt werden. Durch bioinformatische Studien konnte ermittelt werden, dass GbsR in vielen Bacillen und Staphylococcen vorhanden ist und sich dort ebenfalls in der Nähe der Glycin Betain Synthese Gene befindet. Eine vorhandene Kristallstruktur eines GbsR-ähnlichen Proteins aus Methanococcus jannaschii ermöglichte überdies die Einteilung des GbsR Proteins in die Familie der Winged Helix-Turn-Helix Proteine