Charakterisierung eines neuartigen Aminosäure-Effluxsystems von Escherichia coli

Der bei einem Genbank-Screening identifizierte Genlocus ydeD kann
bei Überexpression die Ausbeute eines Cystein-Produktionsstammes
von Escherichia coli deutlich verbessern. Ziel der vorliegenden
Arbeit war es, das bisher unbekannte ydeD-Gen möglichst umfassend
in seiner Biochemie und Physiologie zu charakterisieren, um damit
einen Beitrag zur Steigerung der Cystein-Produktion zu liefern.
Folgende Ergebnisse wurden dabei erhalten: 1. Es konnte gezeigt
werden, daß es sich bei dem ydeD-Genprodukt um ein integrales
Membranprotein handelt, das zu einer neuen Familie von putativen
Effluxsystemen gehört. Desweiteren wurde das Translationsstartcodon
des Gens eindeutig bestimmt. 2. Die Überproduktion von YdeD führte
in Wildtypstämmen von E. coli dazu, daß das Wachstum in
Minimalmedium erst nach Supplementation mit Thiosulfat und
Methionin möglich war. Es wurde gezeigt, daß die Ursache für die
Unfähigkeit zur Sulfat-Reduktion in einem intrazellulären
N-Acetylserin-Mangel lag, der wiederum auf eine übermäßige
O-Acetylserin (OAS)-Exkretion zurückgeführt werden konnte. In einer
späteren Wachstumsphase erfolgte die Wiederaufnahme des zuvor
ausgeschiedenen OAS, welches in der Zelle zu Cystein umgesetzt und
anschließend wieder ausgeschieden wurde. Somit war gezeigt, daß der
entscheidende Beitrag des ydeD-Genprodukts zur Cystein-Produktion
in der primären Exkretion von OAS liegt. Die Frage, wie das Cystein
nun ausgeschleust wird, ob als freie Aminosäure oder gebunden in
der 2-Methyl-2,4-Thiazolidindicarbonsäure, der Form, in der das
Cystein im Medium nachgewiesen wurde, mußte allerdings offen
bleiben. 3. Bei der Analyse des Mediums nach Wachstum von
YdeD-überproduzierenden Zellen wurden neben OAS und Cystein noch
Asparagin und Glutamin als weitere spezifische Exkretionsprodukte
identifiziert. Dieses Ergebnis sowie die strukturellen
Ähnlichkeiten bei OAS, Glutamin und Asparagin, den
Hauptexkretionsprodukten während der exponentiellen Wachstumsphase,
legen nahe, daß es sich bei YdeD um einen Kanal oder einen
energiegetriebenen Exporter für diese Verbindungen handelt. Ob auch
Cystein ein direktes Substrat für YdeD darstellt, wird diskutiert.
4. Eine ydeD-Mutante zeigte keinen signifikanten Phänotyp, woraus
man schließen muß, daß das Gen - zumindest unter den getesteten
Bedingungen - nicht essentiell für E. coli ist. 5. Über die
mögliche physiologische Funktion des ydeD-Genprodukts kann derzeit
nur spekuliert werden, allerdings erscheint eine YdeD-vermittelte
Aminosäure-Exkretion als Entgiftungsmechanismus unter bestimmten
Streßbedingungen durchaus plausibel.