Fachgebiet Mikrobiologie

Charakterisierung des Bakteriophytochroms BphP von Pseudomonas aeruginosa


Die Fähigkeit, verschiedene Umweltbedingungen zu erfassen und darauf zu reagieren, ermöglicht es Bakterien, sich schnell an ihre Umgebung anzupassen. Interessanterweise besitzt das opportunistisch humanpathogene Bakterium Pseudomonas aeruginosa mit dem Bakteriophytochrom PaBphP über einen Sensor für rotes und dunkelrotes Licht. Phytochrome gehören zu einer großen Familie von Photorezeptoren, die in Pflanzen, Algen, Pilzen und Bakterien vorkommen. Diese photochromen Biliproteine spielen eine zentrale Rolle bei lebenswichtigen Prozessen, wie z. B. der Samenkeimung bei Pflanzen und bei der Virulenz von pflanzenpathogenen Bakterien. Welche Funktion ein Lichtsensor für ein heterotrophes Bakterium wie P. aeruginosa hat, ist bislang nicht bekannt.

 

Unsere bisherige Arbeit konnte zeigen, dass es sich bei PaBphP um eine in vitro aktive Rot-/ Dunkelrotlicht Sensor- Kinase eines Zweikomponentensystems (TCS) handelt. TCSs dienen der bakteriellen Signaltransduktion und ermöglichen es der bakteriellen Zelle, Informationen aus der Umgebung wahrzunehmen und weiterzuleiten. Sie steuern zelluläre Prozesse, wie beispielsweise Zellteilung, Nährstoffaufnahme, Beweglichkeit und Virulenz. TCSs bestehen aus einer Sensorkinase, die auf spezifische Signale reagiert, indem sie den phosphorylierten Zustand eines Antwortregulators modifiziert. Der Antwortregulator von PaBphP ist bislang noch unbekannt.

 

Ziel unserer Forschung ist es, die Funktion des Bakteriophytochrom PaBphP in P. aeruginosa aufzuklären. Dabei liegt unser Hauptinteresse auf dem Verständnis der molekularen Mechanismen, durch die das Lichtsignal von PaBphP wahrgenommen und weitergeleitet wird. Durch den Einsatz biochemischer Methoden wollen wir Einblicke in den Signalweg von PaBphP gewinnen und unser Verständnis für die Rolle eines Lichtsensors in P. aeruginosa erweitern.

 

Differenzspektrum des homolog produzierten Phytochroms PaBphP.

Die Pr-angereicherte Konformation von BphP liegt nach Bestrahlung mit dunkelrotem Licht (750 nm) vor und zeigt ein Absorptionsmaximum bei 700 nm. Die Pfr-angereicherte Konformation von BphP hingegen liegt nach Bestrahlung mit hellrotem Licht (630 nm) vor und zeigt maximale Absorption bei einer Wellenlänge von 750 nm. Durch die Differenz beider Formen kann ein, für Phytochrome spezifisches, Differenzspektrum berechnet werden.

 

Schematische Darstellung der Signalweiterleitungskaskade des BakteriophytochromPaBphP.

Die Wahrnehmung eines Signals durch die Sensordomäne von PaBphP führt zur Autophosphorylierung eines konservierten Histidinrestes in der Histidin-Kinase-Domäne (HKD). Die Phosphatgruppe (P) wird auf einen konservierten Aspartatrest in der Empfänger-Domäne (REC) des Antwortregulators übertragen, der wiederum die zelluläre Antwort auf das Umweltsignal reguliert.

 

 

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