Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-4092
Sindelar, Georg
Globale Expressionsanalysen zur Charakterisierung der Lysin-Produktion in Corynebacterium bacterium
146 S., 2003
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Charakterisierung globaler Genexpressions-
Veränderungen bei der Lysinproduktion in C. glutamicum durch Nutzung der DNAChip-
Technik. Dazu sollten die Genexpressions-Muster von Modellstämmen
untersucht werden, die sich bezüglich der Lysinproduktions-Kapazität unterscheiden,
und mit ihrer Hilfe neue Zielgene zur Stammverbesserung in der Lysinproduktion
identifiziert werden.
- Die DNA-Chip-Technologie konnte erfolgreich etabliert und für die
genomweite Genexpressions-Analyse validiert werden. Außerdem wurde die
Technologie auf den Vergleich von Genomen unter Nutzung bekannter Stamm-
Unterschiede übertragen.
- Mit dem Wildtypderivat KK25.leuA wurde gezielt ein Modellstamm
konstruiert, der neben der Leucin-Auxotrophie nur eine deregulierte
Aspartatkinase aufweist und 85 mM Lysin ausscheidet. Damit konnte gezeigt
werden, dass die Leucin-Auxotrophie notwendig für eine hohe
Lysinproduktions-Kapazität ist, jedoch nicht ausreicht, um die Kapazität des
durch ungerichtete Mutagenese erhaltenen Produktionsstamms MH20-22B zu
erklären.
- Für den Stamm MH20-22B konnte ein für die Lysinproduktion typisches
Genexpressionsmuster identifiziert werden. Die Gene für die alternative
Oxidase (cydABCD), für den putativen Redoxstress-Regulator OxyR, für
Ferritin, für die Katalase sowie für putative Gene des Eisen- und Schwefel-
Stoffwechsels zeigten erhöhte Expression.
- C. glutamicum MH20-22B weist gegenüber dem Wildtyp-Stamm
Genexpressions-Unterschiede auf, die entweder auf die deregulierte
Aspartatkinase, auf die Leucin-Auxotrophie oder auf weitere, unbekannte
Mutationen zurückzuführen sind. Durch Untersuchung verschiedener
Modellstämme mit definierten Merkmalen ist es gelungen, die
Expressionsunterschiede der nicht-isogenen Stämme Wildtyp und MH20-22B
diesen drei Klassen zuzuordnen. Dabei wurden die Gene eines putativen
Siderophor-Aufnahme-System in Anwesenheit der deregulierten Aspartatkinase
stärker exprimiert, während das Operon eines putativen Mangan-
Aufnahmesystems bei Leucin-Auxotrophie verringerte Expression zeigte. 17
Gene wiesen abhängig von weiteren unbekannten Mutationen differenzielle
Genexpression auf.
- Sieben der identifizierten möglichen Zielgene/Operons zur Stammverbesserung
wurden in C. glutamicum MH20-22B überexprimiert. Die Überexpression des
Gens einer Methyl-Transferase der Uroporphyrin-II-C-Methyl-Transferase-
Klasse sowie eines putativen Operons mit dem Ammoniumtransporter Amt,
einer putativen Ornithin-Cyclodecarboxylase und einer putativen Sarcosin-
Oxidase führten zu einer etwa 45%igen Erhöhung der Lysinproduktion im
Stamm MH20-22B. Damit gelang es, durch genomweite Genexpression-
Analysen mit DNA-Chips neue Zielgene bzw. Operons für die
Stammverbesserung der Lysinproduktion mit C. glutamicum zu identifizieren.
Neuerscheinungen
Schriften des Forschungszentrums Jülich
Ihre Ansprechperson
Heike Lexis
+49 2461 61-5367
zb-publikation@fz-juelich.de
