Entschlüsselung des Genoms von Gluconobacter oxydans 621H - einem Bakterium von industriellem Interesse
Insights into the genome of Gluconobacter oxydans: an organism of industrial importance
by Christina Prust
Date of Examination:2004-06-29
Date of issue:2004-09-08
Advisor:Prof. Dr. Uwe Deppenmeier
Referee:Prof. Dr. Gerhard Gottschalk
Referee:Prof. Dr. Uwe Deppenmeier
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-502
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Format:PDF
Description:Dissertation
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Abstract
English
Gluconobacter oxydans belongs to the group of acetic acid bacteria and is characterized by the incomplete oxidation of a wide range of carbohydrates and alcohols. Because this organism oxidizes the substrates stereo- and regioselectively, Gluconobacter strains are used for biotechnological processes such as the production of L-sorbose (vitamin C synthesis). To get detailed insight in the oxidative potential of these organisms the genome of G. oxydans 621H was sequenced. The chromosome consists of 2.7 Mb. In addition five plasmids were identified (163 kb, 27 kb, 14.5 kb, 13.2 kb, 2.9 kb). Of a total of 2743 ORFs a function could be assigned to 1834 ORFs. In accordance with the enormous oxidative potential we identified more than 70 ORFs that encode putative dehydrogenases/oxidoreductases with unknown function. Further analysis of the data revealed that key enzymes of metabolic pathways are missing. In the genome no ORF could be found coding for the 6-phosphfructokinase, the key enzyme in the glycolysis. Furthermore there is no ORF coding for the synthesis of phosphoenolpyruvat from pyruvat (gluconeogenesis). The respiratory chain of this organism comprises two quinol oxidases (bo3 and bd) and a NADH dehydrogenase (NADH-DH type II) which does not translocate protons across the membrane. Thus, energy conservation is performed by membrane bound dehydrogenases.
Keywords: Gluconobacter oxydans; genome analysis; dehydrogenases
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Gluconobacter-Arten gehören, zusammen mit Vertretern der Gattungen Acetobacter und Gluconacetobacter, zu der Familie der Acetobacteriaceae. In der Regel oxidieren aerobe Mikroorganismen ihre Kohlenstoffquelle vollständig zu Kohlendioxid und Wasser. Bei diesem Abbauprozess werden sowohl Energie als auch Intermediärprodukte für die Biosynthese von Zellbestandteilen generiert. Nur unter ungünstigen Wachstumsbedingungen (Substratüberangebot, Spurenelementlimitierung oder in Anwesenheit von toxischen Verbindungen bzw. von Inhibitoren) werden die Substrate von einigen Bakteriengruppen unvollständig oxidiert. Im Gegensatz dazu oxidieren Essigsäurebakterien die entsprechenden Substrate auch unter normalen Bedingungen unvollständig, und es werden energiereiche Produkte ausgeschieden. Neben Alkoholen, Aldehyden und Ketonen können Essigsäurebakterien auch verschiedene Zucker und Zucker-Alkohole wie D-Glucose, Glycerin und D-Sorbitol oxidieren. Derartige Reaktionen werden als oxidative Fermentation bezeichnet, da sie die unvollständige Oxidation von Zuckern oder Alkoholen beinhalten, einhergehend mit der Akkumulierung der korrespondierenden Oxidationsprodukte im Medium. Um einen Einblick in das oxidative Potential dieses Organismus zu erhalten, wurde das Genom von G. oxydans 621H vollständig entschlüsselt. Das Chromosom besteht aus 2.7 Mb. Darüber hinaus wurden fünf Plasmide identifiziert (163 kb, 27 kb, 14.5 kb, 13.2 kb, 2.9 kb). Von insgesamt 2743 ORFs konnten 1834 ORFs eine Funktion zugeordnet werden. Im Einklang mit dem oxidativen Potential dieses Organismus wurden mehr als 70 ORFs identifiziert, die für bislang unbekannte Dehydrogenasen/Oxidoreduktasen kodieren. Die Analyse der Daten zeigte weiterhin, dass Schlüsselenzyme zentraler Stoffwechselwege fehlen. So konnte kein ORF identifiziert werden, der für die 6-Phosphofructokinase, dem Schlüsselenzym der Glykolyse, kodiert. Darüber hinaus wurden auch keine ORFs identifiziert, die für die Synthese von Phosphoenolpyruvat aus Pyruvat kodieren (Gluconoeogenese). Die Atmungskette von G. oxydans beinhaltet zwei Chinol Oxidasen (bo3 und bd) und eine nicht-protonentranslozierende NADH-Dehydrogenase. Die Energiegewinnung erfolgt durch membrangebundene Dehydrogenierungsreaktionen.
Schlagwörter: Gluconobacter oxydans; Genomanalyse; Dehydrogenasen