Regulation der Lösungsmittelbildung in Clostridium acetobutylicum durch DNA-bindende Proteine

Abstract

Clostridium acetobutylicum ist ein Gram-positives, strikt anaerobes, endosporenbildendes Bodenbakterium, das sich durch einen biphasischen Stoffwechsel auszeichnet. Zuckerhaltige Substrate werden in der exponentiellen Phase des Wachstums zunächst zu den Säuren Acetat und Butyrat umgesetzt. In der stationären Phase des Wachstums werden hauptsächlich die Lösungsmittel Aceton und Butanol gebildet, wobei die Säuren teilweise wieder aufgenommen werden. Die Promoterregionen der Transkriptionseinheiten sol- und adc-Operon sind die Hauptangriffsstellen der Regulationsvorgänge der Lösungsmittelbildung, woran auch DNA-bindende Proteine beteiligt sind. Spo0A als globaler Transkriptionsregulator stellt ein solches Protein dar und ist an der Regulation der Transkription des sol- und des adc-Operons beteiligt. An der Regulation des adc-Operons, das für eine Acetacetat-Decarboxylase kodiert, die den letzten Schritt der Acetonbildung katalysiert, sind weiterhin die beiden Proteine AdcR und AdcS beteiligt. Die zugehörigen Gene bilden ein Operon, das auf dem Megaplasmid pSOL1 lokalisiert ist, und dessen Transkription durch den globalen Transkriptionsregulator Spo0A reguliert wird. Die Wirkung der beiden Proteine AdcR und AdcS auf die Lösungsmittelbildung ist entgegengesetzt: AdcR reprimiert und AdcS aktiviert die Bildung von Aceton. Wie die beiden Proteine ihre Wirkung auf den Promoterbereich des adc-Operons ausüben, ist noch nicht bis ins Detail geklärt, jedoch gilt als sicher, dass das AdcR-Protein über sein N-terminal lokalisiertes helix-turn-helix-Motiv an die Promoterregion des adc-Gens bindet, wobei eine Bindung an eine dort lokalisierte palindromische Sequenz angenommen werden kann. Die Bindung des Proteins AdcS erfolgt, wenn überhaupt, erst bei einer sehr viel höheren Proteinkonzentration, wobei im Fall einer DNA-Bindung über eine Bindung an ein Heptamermotiv im Promoterbereich des adc-Gens spekuliert werden kann.