Lichtabhängige Bakteriochlorophyllbiosynthese des marinen Bakteriums Dinoroseobacter shibae

Kontinuierliche Anpassungen an die sich ändernden Umweltbedingungen in seinem Lebensraum sind die Voraussetzung für ein erfolgreiches Überleben eines jeden Organismus. Gerade für die Mikroorganismen des Ozeans, die permanenten Änderungen ausgesetzt sind, ist dies notwendig. Das marine Bakterium Dinoroseobacter shibae hat in seiner Evolution zahlreiche Anpassungen an sein Habitat optimiert. Neben seiner metabolischen Diversität, kann D. shibae zusätzliche Energie aus Licht über die aerobe anoxygene Photosynthese generieren. Für die metabolische Analyse der Kontrolle dieser Art von Photosynthese, wurde im Rahmen dieser Arbeit zunächst ein Hochdurchsatzverfahren unter Nutzung einer Transposon-Mutantenbank erfolgreich etabliert. Die Transposonmutanten wurden hinsichtlich ihrer Pigmentierung, der spektrophotometrischen Absorption der Pigmente und der Akkumulation des Zwischenproduktes der Bakteriochlorophyllbiosynthese Magnesiumprotoporphyrin-IX-monomethylester untersucht. Neben klassischen Genen der Photosynthese, meist organisiert im Photosynthesegencluster, wurden Mutanten in Genen der zugehörigen Stressantwort, wie Lichtstress, Salzstress, ROS, der Energiegewinnung und zugehöriger Kontrolle gefunden. Weiterhin wurde analysiert, welche Lichtqualitäten und -quantitäten D. shibae nutzt. Es zeigte sich, dass blaues Licht einen positiven Effekt auf Wachstum und den lichtgesteuerten Elektronentransport hat. Dabei konnte gezeigt werden, dass die meisten Gene für den Photosyntheseapparat, die Bakteriochlorophyll- und die Carotinoidbiosynthese, sowie deren zugehörige Regulatoren und Stressproteine durch Blaulicht kontrolliert werden. Koreguliert werden Gene des Energiestoffwechsels und des Quorum sensing. Ebenso wurde die Regulation der Photosynthese durch Blaulicht untersucht. Dafür wurden die Transkriptome der Regulatoren PpsR und PpaA, sowie des potentiellen Blaulichtrezeptors Dshi_1135 und des Wildtyps untersucht. Das erlaubte nun eine detaillierte Einsicht, wie diese drei Regulatoren lichtabhängig, dabei kooperativ, die zuvor aufgelöste Lichtregulation der Genexpression steuern. Im letzten Teil dieser Arbeit wurde die Bakteriochlorophyllproduktion auf Einzelzellebene untersucht. Dabei zeigte sich die vesikuläre Organisation des Bakteriochlorophylls an der intrazellulären Membran. Zusammengefasst leistet diese Arbeit einen Beitrag zum fundamentalen Verständnis der durch Licht gesteuerten Prozesse und ihrer Regulation im marinen Modellbakterium D. shibae.