TonB-abhängige Substrataufnahme bei dem Gram-negativen Bakterium Caulobacter crescentus (PDF)

Die Genomsequenz von Caulobacter crescentus sagt 67 TonB-abhängige Membranrezeptoren voraus, die neben der Eisen- und Vitamin B12-Versorgung auch für die Aufnahme von Maltose, Maltooligosacchariden, N-Acetyl-ß-D-glucosamin (GlcNAc) sowie dessen höhere Homologe verantwortlich sind. Maltodextrine und GlcNAc induzieren jeweils die Expression eines äußeren Membranproteins, welches als MalA- bzw. NagA bezeichnet wird. Eine energieabhängige Aufnahme dieser Substrate konnte über exbB/D-Deletionsmutanten nachgewiesen werden. Ein Fehlen des in der Datenbank vorhergesagten tonB-Gens zeigte dagegen keinen Einfluß auf das Wachstum oder den Substrattransport der Stoffe. In dieser Arbeit wurde versucht, eine TonB-abhängige Substrataufnahme in C. crescentus nachzuweisen.

MalA besitzt die TonB-Box-Sequenz EEVVIT. Wurde die Aminosäure Valin an Postion 15 in der TonB-Box gegen die AS Prolin ersetzt, konnte das Bakterium keine Maltose mehr aufnehmen. Über Sequenzanalysen konnte ein weiteres tonB-Gen im Genom von C. crescentus gefunden werden, welches deletiert wurde. Wachstumstests dieser chromosomalen tonB-Deletionsmutante bewiesen, dass ein TonB-Protein für die Aufnahme von Maltodextrinen verantwortlich ist. Kleinere Maltodextrine wie Maltose, Maltotriose und –tetraose können über andere Rezeptorproteine in die Zelle gelangen, wohingegen die größeren Maltodextrine wie Maltopentaose und –hexaose MalA- und TonB-ExbB/D-abhängig aufgenommen werden. Für die Aufnahme von GlcNAc und dessen höhere Homologe konnte keine TonB-abhängige Aufnahme nachgewiesen werden. Vermutlich stellt NagA für GlcNAc eine spezifische Pore und für größere Chitinoligosaccharide einen Transporter dar.

Zur Charakterisierung des Genclusters um malA (cc2287) wurden chromosomale Deletionsmutanten der benachtbarten Gene hergestellt. Das MalY-Protein (CC2283) codiert für ein Transportprotein in der Cytoplasmamembran, das den Transport von Maltodextrinen über einen Ionen-gebunden Mechanismus realisiert. Die Repression des mal-Locus konnte dem Protein MalI (CC2284) zugeordnet werden. Die Funktion des MalS-Proteins (CC2282) konnte nicht eindeutig nachgewiesen werden. Fehlende Amylaseaktivität im Medium und eine vorhergesagte Signalsequenz weisen auf ein Wirken dieses Proteins im Periplasma hin.