Projekt

Dynamische Regulation des zentralen Kohlenhydratstoffwechsels in Cyanobakterien

Cyanobakterien sind die Vorfahren pflanzlicher Chloroplasten. Sie haben das Leben auf unserer Erde durch die Kombination von zwei Photosystemen in der Photosynthese, was die Sauerstoffanreicherung unserer Atmosphäre initiiert hat, maßgeblich beeinflusst. Die Bioenergetik der Cyanobakterien basiert, wie in Algen und Pflanzen, auf Sonnenlicht und Photosynthese. Als Prokaryoten haben Cyanobakterien keine Kompartimente, mit Ausnahme der Carboxysomen, in denen die CO2-Fixierung über Rubsico stattfindet. Durch die Rotation der Erde ändern sich die Lichtverhältnisse und damit die bioenergetische Grundlage für Cyanobakterien periodisch. Ihr zentraler Energie- und Kohlenhydratstoffwechsel muss daher zwischen Tag und Nacht von der Photosynthese und CO2-Fixierung über den Calvin-Benson-Bassham (CBB)-Zyklus auf Glucoseoxidation und Atmung umgestellt werden. Diese Prozesse werden teilweise durch die zirkadiane Uhr reguliert, die in Cyanobakterien gut untersucht ist und aus den drei Proteinen KaiA, KaiB und KaiC besteht. Die Bidirektionalität des Stoffwechsels ist jedoch nicht auf den Tag-Nacht-Rhythmus beschränkt, sondern ist für die Feinabstimmung und Regulierung auch während des Tages unerlässlich. Dies ist eine besondere Herausforderung, da diese Prozesse in Cyanobakterien, anders als in Algen und Pflanzen, gemeinsame Kompartimente, Proteinkomplexe und Enzyme nutzen. Die Elektronentransportketten der Photosynthese und der Atmung sind beide in der Thylakoidmembran lokalisiert, während der CBB-Zyklus und der Abbau von Kohlenhydraten nebeneinander im Cytosol ablaufen. Dieses Projekt konzentriert sich auf die Feinabstimmung der gegenläufigen Prozesse im zentralen Kohlenhydratstoffwechsel des Cyanobakteriums Synechoystis. Wir deletieren ausgewählte Enzyme und charakterisieren die Mutanten im Hinblick auf Wachstum, Elektronentransport in Photosynthese und Atmung, CO2-Fixierung, Kohlenhydratsynthese und -abbau und untersuchen Protein-Protein-Wechselwirkungen mit dem Ziel, das empfindliche Netzwerk dynamischer Prozesse im Kohlenhydratstoffwechsel im Detail zu verstehen.