Biopolymere
Unsere AG beschäftigt sich mit dem Metabolismus von Biopolymeren in Mikroorganismen: (i) Polyhydroxybuttersäue(PHB) und verwandte Polyhydroxyalkanoate (PHAs) werden von vielen Bakterien als Speicherstoffe in Form von PHA Granula synthetisiert. PHAs sind sog. „Biokunststoffe“ und gelten aufgrund ihrer Bioabbaubarkeit zu H2O und CO2 und Synthese aus nachwachsenden Rohstoffen als umweltfreundliche Alternativen zu herkömmlichen Kunststoffen auf Rohölbasis. PHA Granula stellen mit ihrer komplexen Oberflächenstruktur aus diversen Proteinen kleine Funktionseinheiten (Organelle) dar, für die wir den Begriff „Carbonosomen“ geprägt haben. In unserer AG untersuchen wir die an der subzellulären Bildung von PHB/PHA Granula beteiligten Proteine und deren individuellen Funktionen. Hierbei kommen insbesondere molekularbiologische Methoden und lifeimaging Techniken zum Einsatz (ii) Polyphosphat (PolyP) ist ein anorganisches Biopolymer, welches in allen Organismen vorkommt und daher von fundamentaler Bedeutung ist. PolyP Granula sind komplexe Gebilde (Polyphosphatosomen), die aus einem PolyP-Kern und daran gebundenen Proteinen bestehen (z.B. PolyP Kinasen, Phosine u. a.). Wir untersuchen den Aufbau, die Bildung und die spezifischen Funktionen von PolyP Granula mit molekularbiologische Methoden und life-imaging Techniken in Agrobakterium tumefaciens und Ralstonia eutropha als Modellorganismen. (iii) Polyisopren (Kautschuk, Gummi). Hier steht die Frage im Vordergrund, wie Gummi (Autoreifen!) von mikrobiellen Enzymen angegriffen und letztendlich abgebaut (mineralisiert) wird. In den letzten Jahren haben wir eine neuartige Häm-haltige Dioxygenase (rubberoxygenaseRoxA) entdeckt und kürzlich deren Struktur aufgeklärt. Gegenwärtig untersuchen wir den oxidativen Reaktionsmechanismus mit biochemischen, biophysikalischen und molekularbiologischen Methoden.
Zu den Arbeitsgebieten:
- Funktion von Polyphosphat
- Biochemie und Molekularbiologie von Polyphosphat-Kinasen
- Bildung von PHB
- Intrazellulärer Abbau von PHB (PHB-Mobilisation)
- Extrazellulärer Abbau von PHB
- Einsatz von PHB Depolymerasen als Biokatalysatoren
- Biochemie und Molekularbiologie des mikrobiellen Abbaus von Naturkautschuk (Polyisopren)
- Metabolismus von Citronellol und anderen methylverzweigten Verbindungen
Aktuelles aus der AG
aus der Microbiology Monograph Reihe ist erschienen. Link (doi: 10.1007/978-3-030-60173-7). Enthält u. a. aktuelle Zusammenfassungen zu Carbonosomen und Polyphosphatosomen.
Celina Frank hat bei ihren Untersuchungen zur PolyP Synthese in A. tumefaciens zusammen mit Attila Teleki eine PPK2 aus dieser Spezies mit der (bislang) einmaligen Eigenschaft beschrieben, die Synthese von oligophosphorylierten Nukleosiden bis zu nona-phosphorylierten Nukleosiden zu katalysieren. Herzlichen Glückwunsch!
Frank C, Teleki A, Jendrossek D (2020) Characterization of Agrobacterium tumefaciens PPKs reveals the formation of oligophosphorylated products up to nucleoside nona-phosphates. Appl Microbiol Biotechnol 265:11734–10. doi: 10.1007/s00253-020-10891-7
Jennie Hildenbrand hat eine universelle PolyP Kinase aus R. eutropha (PPK2c) beschrieben, die alle bekannten (natürlichen) RNA Nukleotide als auch DNA Nukleotide akzeptiert und sich daher als universelle PolyP Kinase für Anwendungen in der Biotechnologie prädestiniert. Danke für die gute Zusammenarbeit mit A. Teleki aus dem Nachbarinstitut.
Seit 2003 galt die Annahme, das manche a-Proteobakterien wie A. tumefaciens oder R. rubrum membranumhüllte saure Organellen mit Polyphosphat und Kalzium enthalten. Celina Frank hat in ihrem ersten paper gezeigt, dass dem nicht so ist, sondern dass Polyphosphat Granula nicht von einer Membran umhüllt sind. Herzlichen Glückwunsch zu dieser überraschenden Erkenntnis, die von Appl. Environ. Microbiol. mit einer spotlight Hervorhebung belohnt wurde (Frank, C., & Jendrossek, D. (2020). Acidocalcisomes and Polyphosphate Granules Are Different Subcellular Structures in Agrobacterium tumefaciens. Applied and Environmental Microbiology. http://doi.org/10.1128/AEM.02759-19).
Zusammen mit Jakob Birke hat Georg Schmitt, der bis 2013 in unserer AG die Rubber Dioxygenase RoxA untersucht hat, 6 Jahre später noch einmal seine Ergebnisse durchforstet und dabei neue Erkenntnisse zur Biophysik von RoxA erhalten. Vielen Dank für Dein Engagement, ohne dass diese Veröffentlichung nicht möglich gewesen wäre (Schmitt, G., Birke, J., & Jendrossek, D. (2019). Towards the understanding of the enzymatic cleavage of polyisoprene by the dihaem-dioxygenase RoxA. AMB Express, 9(1), 166–18. http://doi.org/10.1186/s13568-019-0888-0)
Rubber Oxygenasen des Latex clearing protein (Lcp) Typs werden normalerweise nur in Gram-positiven Kautschukabbauern gefunden. Jakob Birke hat als Erster ein lcp Gen in einer Gram-negativen Spezies, Solimonas fluminis, entdeckt und biochemisch charakterisiert (Birke, J., & Jendrossek, D. (2019). Solimonas fluminis has an active latex-clearing protein. Applied Microbiology and Biotechnology, 103(19), 8229–8239. http://doi.org/10.1007/s00253-019-10085-w).
war unsere AG sehr prominent auf der ISBP2018 (International Symposium on BioPolymers) Tagung in Peking vertreten. Posterpreis (200 €) für Hanna! Herzlichen Glückwunsch.
Jakob hat zwei Veröffentlichungen zum Kautschukabbau durchbekommen: Er hat das RoxA/RoxB System von Rhizobacter gummiphilus aufgeklärt: Birke, J., Röther, W., & Jendrossek, D. (2018). Rhizobacter gummiphilus NS21 has two rubber oxygenases (RoxA and RoxB) acting synergistically in rubber utilisation. Applied Microbiology and Biotechnology, 241(61), 184–13. http://doi.org/10.1007/s00253-018-9341-6 und zusammen mit Dieter das erste Review über Rubber Oxygenasen geschrieben: Jendrossek, D., & Birke, J. (2018). Rubber oxygenases. Applied Microbiology and Biotechnology, 78(2), 4543–18. http://doi.org/10.1007/s00253-018-9453-z.
Jenni hat im Rahmen der Vorbereitung auf ihre Promotionsarbeit in kurzer Zeit das erste biosynthetische organisch-anorganische Block-Polymer hergestellt: Polyphosphat-Polyhydroxybutyrat, durch Fusion einer Polyphosphat-Kinase mit einer PHB Synthase. Weiter so!
Celina hat in time lapse Experimenten die Bildung von Polyphosphat-Granula in Agrobacterium tumefaciens beobachtet. Das wird (ist) eine spannende Promotionsarbeit!
Endlich ist die taxonomische Neubewertung von Xanthomonas sp. 35Y zur Publikation in Plos1 angenommen worden. Beispiel einer erfolgreichen Zusammenarbeit mit unseren indischen Kooperationspartnern. Sharma, V., Siedenburg, G., Birke, J., Mobeen, F., Jendrossek, D., & Prakash, T. (2018). Metabolic and taxonomic insights into the Gram-negative natural rubber degrading bacterium Steroidobacter cummioxidans sp. nov., strain 35Y. PloS One, 13(5), e0197448. http://doi.org/10.1371/journal.pone.0197448.
Steffi und Janina, unser PH(A )-Team, haben beide sehr erfolgreich ihre Promotion am 19.7.2018 abgeschlossen und „nebenher“ ihre jeweiligen Lebensgefährten geheiratet. Herzlichen Glückwunsch! Auch beruflich hat es bei Janina und Steffi sehr schnell mit einem tollen Job geklappt. Viel Erfolg.
Schade, dass ihr nicht mehr in unserem Labor seid.
Zweites paper von Janina in AEM. Herzlichen Glückwunsch. Jüngert, J. R., Patterson, C., & Jendrossek, D. (2018). Ralstonia eutropha's Poly(3-hydroxybutyrate)(PHB) polymerase PhaC1 and PHB depolymerase PhaZa1 are phosphorylated in vivo. Applied and Environmental Microbiology, AEM.00604–18. http://doi.org/10.1128/AEM.00604-18
In Zusammenarbeit mit den Freiburger Stukturbiologen um Oliver Einsle konnte die Kristallstruktur des Latex Clearing Proteins (Lcp) in einer offenen und geschlossen Form aufgeklärt werden. Lcp ist eine Häm-haltige Dioxygenase und spaltet Gummi (Polyisopren) in niedermolekulare Produkte. Bemerkenswert ist die Identifizierung eines Lysinrestes als axialer Hämligand in der geschlossenen Form, der beim Übergang in die offene Form wegklappt und das aktive Zentrum freigibt. Für Einzelheiten siehe unter: doi:10.1038/s41598-017-05268-2 und das Movie im rechten Bildteil.
weiss Steffi zu berichten in: Bresan, S. & Jendrossek, D. New Insights in PhaM-PhaC-mediated Localization of PHB Granules in Ralstonia eutropha H16. Appl Environ Microbiol AEM.00505–17 (2017). doi:10.1128/AEM.00505-17. Tolle Fotos!
Herzlichen Glückwunsch, Janina, zur Publikation in AEM und zu der erfolgreichen Zusammenarbeit mit den Tübinger Mikrobiologen des dortigen GRKs: Jüngert, J. R. et al. Absence of ppGpp Leads to Increased Mobilization of Intermediately Accumulated Poly(3-hydroxybutyrate) (PHB) in Ralstonia eutropha H16. Appl Environ Microbiol AEM.00755–17 (2017). doi:10.1128/AEM.00755-17
Jakob und Wolf haben es mit RoxB geschafft: Birke, J., Röther, W. & Jendrossek, D. RoxB is a Novel Type of Rubber Oxygenase that Combines Properties of Rubber Oxygenase RoxA and Latex Clearing Protein (Lcp). Appl Environ Microbiol AEM.00721–17 (2017). doi:10.1128/AEM.00721-17
zur Funktion von Acidocalcisomen durch die DFG bewilligt.
erstmaliger Nachweis des viable but non culturable (VBNC) Zustandes in Ralstonia eutropha und der bemerkenswerte Zusammenhang mit der Speicherung von PHB! Nowroth, V., Marquart, L. & Jendrossek, D. Low temperature-induced viable but not culturable (VBNC) state of Ralstonia eutropha and its relationship to accumulated polyhydroxybutyrate (PHB). FEMS Microbiol. Lett. fnw249 (2016). doi:10.1093/femsle/fnw249
Herzlichen Glückwunsch Wolf zu den neuen Erkenntnissen und der ersten Erstautorenschaft! Appl Environ Microbiol 82:6593–6602. doi:10.1128/AEM.02176-16.
ISBP2016 (Madrid): 1 keynote lecture, 5 Kurzvorträge und 5 Posterbeiträge am Eröffnungstag! Damit haben wir den größten Beitrag einer einzelnen AG geleistet.
"Molekulare Grundlagen bakterieller Überlebensstrategien" und mit "unserem" Ehemaligen (Daniel Pfeiffer, jetzt Universität Bayreuth). Nach zwei vergeblichen Anläufen in AEM jetzt Erfolg in einem noch besseren Journal: "PHB granules have no lipids", Bresan S. et al. 2016, Scientific Reports 6:26612, DOI: 10.1038/srep26612
Herzlichen Glückwunsch, Steffi zum ersten paper und zu den neuen Erkenntnissen zur PHB Granulum-Struktur!
über vielseitige PHB Depolymerasen, der Verbindung des PHB- und Polyphosphat-Stoffwechsels und zu neuen Erkenntnissen der PHB Granulum-Struktur (drei AEM Publikationen und ein Sci.Rep. Manuskript). Herzlichen Glückwunsch! Dazu noch ein Scientific Report paper akzeptiert.
Identifizierung eines neuen Latex clearing proteins aus einem neuen Gummi-abbauenden Rhodococcus rhodochrous Isolat. Herzlichen Glückwunsch Sirimaporn, Wolf und Jakob zur Veröffentlichung: Watcharakul et al. BMC Microbiology (2016) 16:92 DOI 10.1186/s12866-016-0703-x
über den Kautschukabbau durch Rubber oxygenase RoxA und Latex clearing protein Lcp und zur Identifizierung von Lcp als ein b-Typ Cytochrom: Birke, J. et al., 2015. Appl Environ Microbiol 81:3793–3799. doi:10.1128/AEM.00275-15. Herzlichen Glückwunsch zu dieser tollen Leistung.
zum Polyphosphatstoffwechsel in Ralstonia eutropha und zur Identifizierung von gleich sieben PolyP-Kinasen! Tumlirsch, T. et al. 2015 Appl Environ Microbiol 81:8277–8293. doi:10.1128/AEM.02279-15
Poudel N, Pfannstiel J, Simon O, Walter N, Papageorgiou AC, Jendrossek D. 2015. The Pseudomonas aeruginosa isohexenyl glutaconyl coenzyme A hydratase (AtuE) is upregulated in citronellate-grown cells and belongs to the crotonase family. Appl Environ Microbiol 81:6558–6566. doi:10.1128/AEM.01686-15
in Ralstonia eutropha erschienen: Tony Tumlirsch, Anna Sznajder and Dieter Jendrossek. Formation of polyphosphate by polyphosphate kinases and its relationship to PHB accumulation in Ralstonia eutropha H16. Appl Environ Microbiol 81: doi:10.1128/AEM.02279-1 (Printversion in Dezemberausgabe #24). Herzlichen Glückwunsch Anna zum Abschluss der Experimente und Tony für das erste paper!
"Latex Clearing Protein (Lcp) of Streptomyces sp. Strain K30 Is a b-Type Cytochrome and Differs from Rubber Oxygenase A (RoxA) in Its Biophysical Properties". Appl Environ Microbiol 81:3793–3799. doi:10.1128/AEM.00275-15.
Dieter Jendrossek wird eine keynote lecture "Key Enzymes of Biopolymer Metabolism" halten. Tagungshomepage: http://www.esbp2015.org
in Applied and Environmental Microbiology erschienen: "Comparative Proteome Analysis Reveals Four Novel Polyhydroxybutyrate (PHB) Granule-Associated Proteins in Ralstonia eutropha H16" Appl. Environ. Microbiol. 81:1847-1858; doi:10.1128/AEM.03791-14
Der Preis wurde im Rahmen der Jahrestagung der Vereinigung für allgemeine und angewandte Mikrobiologie am 7. Oktober 2014 in Dresden überreicht. Titel der Dissertation: Identifizierung und Funktionsanalyse neuartiger Proteine des PHB-Granulum-komplexes von Ralstonia eutropha H16
Auswahl der Publikation “Rubber Oxygenase (RoxA) and Latex Clearing Protein (LCP) Cleave Rubber to Different Products and Use Different Cleavage Mechanisms” von Jakob Birke und Dieter Jendrossek für die Sektion “spotlight” in Applied and Environmental Microbiology (http://dx.doi.org/10.1128/AEM.01271-14)
PHB Depolymerases PhaZd1 (PhaZ6) and PhaZd2 (PhaZ7) of Ralstonia eutropha Have high in vitro Activity but Have no Detectable Role in Mobilization of Accumulated PHB”. Anna Sznajder und Dieter Jendrossek, angenommen in Applied and Environmental Microbiology (http://dx.doi.org/10.1128/AEM.01056-14 )
Auswahl der Publikation “PhaM is the physiological activator of PHB Synthase in Ralstonia eutropha” von Daniel Pfeiffer und Dieter Jendrossek für die Sektion “spotlight” in Applied and Environmental Microbiology (http://dx.doi.org/10.1128/AEM.02935-13)
“New insights in the formation of polyhydroxyalkanoate granules (carbonosomes) and novel functions of poly(3-hydroxybutyrate)" von Dieter Jendrossek und Daniel Pfeiffer in Environmental Microbiology (http://dx.doi.org/10.1111/1462-2920.12356.)