Funktionelle Analyse von Proteinen der Gpr1/Fun34/yaaH ...

Einleitung
Foster (2000) stellt in einem Übersichtsartikel verschiedene Strategien von neutrophilen Bakterien
zum Schutz vor Stress durch Säuren dar. Escherichia coli verfügt über vier verschiedene
Systeme, um das Cytoplasma alkalisieren zu können (Foster, 2000; Richard and Foster,
2004). Das AR1 (acid resistant system) ist in der stationären Phase induziert und benötigt
den alternativen Sigmafaktor RpoS und CRP (cyclisches AMP receptor protein)
(Castanie-Cornet et al., 1999). Über die strukturellen Komponenten und den Mechanismus
dieses Systems ist bisher nichts bekannt. Die Wirkungsweise der folgenden Systeme beruht
auf der Decarboxylierung der jeweils involvierten Aminosäure (Glutamat, Arginin oder Lysin),
wobei je ein Proton aus dem Cytoplasma verbraucht wird. In der stationären Phase oder
während des logarithmischen Wachstums in saurem Minimalmedium wird das AR2 induziert.
Dieses System benötigt extrazelluläres Glutamat (Castanie-Cornet and Foster, 2001). Das
dritte System AR3 ist ähnlich dem zweiten, bis auf die Tatsache, dass es extrazelluläres Arginin
benötigt und bei niedrigem pH-Wert unter aeroben Bedingungen induziert wird
(Castanie-Cornet et al., 1999). Das letzte System AR4 beruht auf der Decarboxylierung von
Lysin durch die Lysin-Decarboxylase (Iyer et al., 2003).
Weiterhin sind Bakterien in der Lage durch K + /H + -Antiporter oder mit Hilfe von F0F1-ATPasen
Protonen aus dem Cytoplasma auszuschleusen (Foster, 2000). Helicobacter pylori setzt
Harnstoff mittels Ureasen in CO2 und alkalischen Ammoniak um, wodurch das Cytoplasma
alkalisiert wird (Marshall et al., 1990; Scott et al., 1998).
Der Gehalt von Cyclopropan-Fettsäuren in der Membran ist in E. coli wichtig für das Überleben
unter Säurestress, da diese die Permeabilität der Membran beeinflussen (Chang and
Cronan, 1999). An Säure adaptierte Zellen von E. coli und Salmonella enterica (Serovar
Typhimurium) können ihren intrazellulären pH-Wert besser aufrechterhalten als nicht adaptierte
Zellen. Die Bildung von Cyclopropan-Fettsäuren könnte einen erschwerten Protoneneinfluss
in die Zelle zur Folge haben (Jordan et al., 1999; Foster, 2000).
S. enterica (Serovar Typhimurium) besitzt zwei verschiedene Systeme (ATR: acid tolerance
response), um auf Stress durch Säuren während des logarithmischen Wachstums und der
stationären Phase reagieren zu können (Foster and Hall, 1991; Foster, 2000). Kommt es in
der logarithmischen Wachstumsphase zum Stress durch Säuren, so werden 50 Säureschockproteine
(ASPs: acid shock proteins) gebildet (Foster, 1991; Foster, 1993). Diese
werden durch den intra- bzw. extrazellulären pH-Wert induziert (Foster, 2000). Zu den während
der logarithmischen Phase induzierten regulatorischen Proteinen gehören der alter-
native Sigmafaktor σ S (codiert durch rpoS), Fur (ferric uptake regulator) und PhoP/Q
(phosphatase). Jeder dieser Regulatoren kontrolliert die Expression mehrerer ASPs (Foster,
2000). Mit dem Erreichen der stationären Phase wird σ S und somit die Säuretoleranz indu-
ziert. Der Regulator OmpR (outer membrane porine) wird σ S -unabhängig, durch Säure indu-
ziert (Bang et al., 2000). Die Induktion der Reaktionen auf Säurestress findet interessanter-
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