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3 Einleitung
3.1 Systembiologie in Pseudomonas putida
3.1.1 Pseudomonas putida
Pseudomonaden sind gram-negative, chemoorganotrophe, aerobe, stäbchenförmige Proteobakterien,
welche insbesondere aufgrund ihres anpassungsfähigen Metabolismus von
großem biotechnologischem Interesse sind. Angehörige der Art Pseudomonas putida
sind in einer Vielzahl von Habitaten, darunter Boden, Süßwasser und Rhizosphäre beheimatet,
wo sie meist saprotroph leben (Timmis, 2002). Aufgrund dieser Diversität
sind sie in der Lage, eine große Zahl unterschiedlicher Kohlenstoffquellen zur Energiegewinnung
und zum Aufbau von Biomasse zu erschließen. Ihre Eignung für biotechnologische
Prozesse verdanken sie neben ihrem breiten metabolischen Spektrum auch
ihrer guten Kultivierbarkeit sowie der molekularbiologischen Zugänglichkeit (Review:
Poblete-Castro et al. 2012).
Bakterien der Gattung Pseudomonas zeichnen sich zudem durch einige Besonderheiten
in ihrem Zentralstoffwechsel aus. Wie auch andere in der industriellen Biokatalyse verwendete
Bakterienstämme verfügen Pseudomonaden über ein ausgeklügeltes System
katabolischer Repression (Ng et al., 1967; Hylemon et al., 1972), welches bestimmte
Kohlenstoffquellen priorisiert. Im Gegensatz zu E.coli stellt jedoch nicht Glucose
sondern Succinat (oder andere Intermediate des Citratzyklus) die bevorzugte Kohlenstoffquelle
dar (Tiwari et al., 1969). Der hierfür verantwortlichen Regulator (Crc) wurde
von Wolff et al. (1991) identifiziert.
Die Aufnahme von Glucose über die äußere Membran erfolgt über das Porin OprB, der
Transport über die innere Membran durch den „Sugar ABC Transporter“ oder über den
Umweg von Gluconat bzw. 2-Ketogluconat und den zugehörigen Transportern GntP
bzw. KguT. Ein Phosphotransferase System existiert nicht. Da Pseudomonas putida
nicht über das für den Embden-Meyerhof-Parnas-Weg (EMP-Weg) essentielle Enzym
6-Phosphofructokinase (Pfk) verfügt (Sawyer et al., 1977; Tiwari et al., 1969; Wood
et al., 1954), wird Glucose über den Entner-Doudoroff Weg abgebaut. Im Gegensatz
hierzu sind alle Enzyme (Fructose 1,6 bisphosphatase, etc.) für den Ablauf des reversen
EMP-Weges und damit für die Gluconeogenese in Pseudomonaden vorhanden. Neben
Glucose und Intermediaten des Citratzyklus können Pseudomonaden noch eine Vielzahl
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