Generation and characterisation of selected mutants of the cyanobacteria Nostoc sp. PCC 7120 and Synechocystis sp. PCC 6803

Cyanobakterien sind die einzigen Bakterien die zur oxygenen Photosynthese befähigt sind. Sie waren vermutlich die ersten Organismen die eine aerobe Atmung entwickelten. Bei geringem Licht oder im Dunkeln produzieren Respiratorische Terminale Oxidasen (RTOs) Energie. Drei verschiedene Arten von RTOs sind in Cyanobakterien bekannt. Die Gruppe der Häm Kupfer Oxidasen beinhalten die Cytochrom c Oxidase (COX), welche bedeutend für die Atmung ist. Diese Gruppe enthält auch die Alternative Respiratorische Terminale Oxidasen (ARTO). Diese sind sequenzhomolog zur COX, unterscheiden sich jedoch im aktiven Zentrum. Es wird eine Cox-Aktivität für die ARTO vom Typ II vermutet, diese wurde bisher jedoch noch nicht nachgewiesen. In dieser Arbeit wurde ein Selbstmordvektor konstruiert mit dem eine ARTO Typ II- Mutante in dem Cyanobakterium Nostoc sp. PCC 7120 erzeugt werden kann und es wurden verschiedene RTO-Knock-out Varianten hergestellt. Das Cyanobakterium Synechocystis sp. PCC 6803 kann heterotroph auf Glukose wachsen, während Fruktose eine antibiotische Wirkung hat. Diese Arbeit hat gezeigt, dass eine fruktoseresistente Mutante auf hohen Fruktosekonzentrationen heterotroph wachsen kann und die Wachstumsrate enorm gesteigert wird. Fruktose gelangt über einen unbekannten Zuckertransporter in die Zelle. Es wurden zwei vermutliche Zuckertransporter ausgewählt, lacF und melB, und ausgeknockt. Die Zerstörung des lacF-Gens führte zu einer noch größeren Wachstumsrate. Es wurde in einem Experiment mit radioaktiv markierter Fruktose gezeigt, dass mehr Fruktose in Zellen aufgenommen wurde, die zuvor auf Fruktose gezüchtet wurden. Die melB- Mutante ist nicht homozygot geworden, was darauf schließen lässt, dass dieses Gen essentiell für den Organismus ist. Die Funktion dieses Gens ist weiterhin unklar.Cyanobacteria are the only bacteria that are capable of performing oxidative photosynthesis. They were among the first that developed respiration. In low light or darkness respiratory terminal oxidases (RTOs) are used to produce energy. Three different types of RTOs are known in cyanobacteria. The group of heme copper oxidases contains the mitochondrial type cytochrome c oxidase (Cox), which is important for respiration in cyanobacteria. This group also includes the alternate respiratory terminal oxidases (ARTO). These are homologues to the Cox with difference in the active sites. A vector was constructed for the knock out of the ARTO type II in Nostoc sp. PCC 7120, mutants with different combinations of knocked out RTOs were generated by conjugation. Synechocystis sp. PCC 6803 grows heterotrophically on glucose but is sensitive to fructose. It has been shown in this work that a fructose resistant mutant can grow heterotrophically on high amounts of fructose with a dramatic increase of the growth rate. Fructose enters the cell via an unknown sugar transporter. The possible sugar transporters lacF and melB were knocked out. The destruction of lacF led to an even more enhanced heterotrophic growth rate. It was shown by an uptake experiment with radioactively labelled fructose that more fructose was incorporated in cultures that were pretreated with fructose. The gene product of lacF may have a regulatory function regarding the uptake of fructose. The melB- mutants did not become homozygous, which indicates that this gene is essential to the organism. Its function remains unclear