Untersuchung des Kohlenmonoxid-Dehydrogenase-Systems von Methanosarcina durch Konstruierung von Mutanten mit Defekten in den codierenden Genen und Charakterisierung der resultierenden Phänotypen

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In methanogenem Archaea kommt der Kohlenmonoxid-Dehydrogenase (CODH) im Stoffwechsel eine zentrale Funktion sowohl im Energiestoffwechsel bei der Bildung von Methan aus Acetat oder Kohlenmonoxid, als auch bei der Kohlenstoff-Fixierung zu. Die Genomanalyse von Methanosarcina (M.) acetivorans C2A ergab das Vorhandensein von vier möglichen CODH codierenden Leserahmen. Zwei der abgeleiteten Produkte ähneln den heteromeren CODHs von homoacetogenen Bakterien; die der anderen beiden Leserahmen sind zu den homomeren CODHs von schwefelfreien Purpurbakterien homolog. Diese können mit Kohlenmonoxid als einziger Kohlenstoff- und Energiequelle wachsen. Im Rahmen des beantragten Forschungsvorhabens sollen mit Hilfe kürzlich entwickelter genetischer Methoden Mutanten erzeugt werden, in denen jeweils eines der vier beziehungsweise Kombinationen der vier CODH-Gene, defekt sind. Die resultierenden Phänotypen sollen Aufschluss über die Rolle der multiplen CODHs in Methanosarcina liefern. Die Möglichkeit von nicht-methanogenem Energiestoffwechsel durch die homomeren CODHs würde eine generelle Neubewertung der Methanogenese nötig machen, da diese bisher als einziger Energiestoffwechsel der methanogenen Organismen galt. Einsicht in die Funktion der verschiedenen CODHs wird auch Einfluss auf das Verständnis der Vorgänge bei der Methanbildung aus verschiedenen methanogenen Substraten haben. Große zukünftige Herausforderungen für den Menschen wie alternative Brennstoffgewinnung oder globale Erwärmung hängen unmittelbar mit diesem Stoffwechselweg zusammen.