Regulation der Autoinduktoren von Vibrio harveyi

In Vibrio harveyi induzieren die drei Autoinduktoren (AIs)
Z-3-Aminoundec-2-en-4-on CAI 1,
N-(3-Hydroxybutyryl)-D-Homoserinlakton HAI 1 und der
Furanosylboratdiester AI 2 die Quorum Sensing (QS)
Regulationskaskade. So werden unter Anderem Biolumineszenz,
Biofilmbildung und Exoproteaseaktivität beeinflusst. Um die
Sensorik der QS Kaskade zu verstehen, wurde die Expression
verschiedener QS-Zielgene im Wildtyp untersucht. Im Vergleich mit
einer AI-negativen Mutante zeigte sich, dass nicht die Zelldichte
sondern die Konzentration der verschiedenen AIs und deren
Verhältnisse zueinander die QS-Signalkaskade steuern. Beides
verändert sich in Abhängigkeit von der Medien-zusammensetzung und
erlaubt so die Modulation z.B. der Biolumineszenz (Kapitel 2.1.).
Die extrazelluläre AI-Konzentration im Medium hängt entscheidend
von der Produktion sowie dem Transport ab. Während HAI-1 aufgrund
seiner chemischen Eigenschaften frei aus der Zelle diffundiert,
müssen CAI-1 und AI-2 aktiv über die Membran transportiert werden.
In Escherichia coli beeinflusst die Deletion des möglichen
Transporters YdgG die extrazelluläre AI-2 Konzentration. Im Rahmen
dieser Arbeit konnte bioinformatisch mit YhhQ ein zusätzlicher
potentieller Exporter identifiziert werden. Bindestudien an beiden
Proteinen, zeigten eine mikromolare Affinität für YhhQ jedoch nicht
für YdgG. Im Gegensatz dazu ist die extrazelluläre
AI-2-Konzentration der ΔydgG/ΔyhhQ Doppelmutante im Vergleich zu
den Einzeldeletionen um 4 µM reduziert. In vivo Parallelstudien am
YhhQ Ortholog in V. harveyi allerdings, lassen redundante
Transportmechanismen vermuten. In diesem Zusammenhang könnte z.B.
auch eine durch Phagen vermittelte Zelllyse eine Rolle spielen
(Kapitel 2.2.1.). Unabhängig von Produktion und Export kann die
externe AI-Konzentration auch durch aktive Reduktion in Form von
Import und intrazellulärem Abbau kontrolliert werden. In diesem
Zusammenhang sagte die AG Bischofs einen AI-2-Importer vorher und
dessen Vorhandensein wurde im Verlauf dieser Promotion
experimentell validiert (Kapitel 2.2.2.). Eine weitere Möglichkeit
des sogenannten Quorum Quenching ist der Abbau von
Acylhomoserinlaktonen wie HAI-1 durch Acylasen und Laktonasen.
Bioinformatische Analysen aus der AG Streit identifizierten die
fünf potentiellen Laktonasen VIBHAR_02708, VIBHAR_03213,
VIBHAR_06370, VIBHAR_06736 und VIBHAR_06900. Jedoch, liegt nach
intensiven Untersuchungen am Wildtyp und den „Laktonase“-Mutanten
der Schluss nahe, dass es in V. harveyi keinen aktiven HAI-1 Abbau
gibt. Vielmehr handelt es sich bei VIBHAR_06370 um eine
β-Laktamase, die eine natürliche Ampicillinresistenz vermittelt
(Kapitel 2.3.). Im Gegensatz dazu, kodieren VIBHAR_02708 und
VIBHAR_03213 die Typ II Glyoxalasen GloB und GloC und tragen damit
zur Detoxifikation von Methylglyoxal nicht nur in V. harveyi
sondern auch in E. coli bei (Kapitel 2.4.).