Form III RubisCO in autotrophic CO2 assimilation in Bacteria and Archaea

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Description

Form III der Ribulose-1,5-bisphosphate Carboxylase/Oxygenase (RubisCO) ist die schnellste (aber auch die O2-empfindlichste) Form des Enzyms. Die Beteiligung des Form-III-Enzyms in der autotrophen CO2-Assimilierung wurde bis jetzt noch nicht gezeigt. Das Enzym ist in vielen Archaea vorhanden und ist dort vermutlich Teil des Nucleosidstoffwechsels. Das Gen wurde aber auch in den Genomen einiger thermophiler Bacteria identifiziert, die es offensichtlich durch lateralen Gentransfer von Archaea erworben haben. In diesem Antrag wird die mögliche Beteiligung der Form III RubisCO an der autotrophen Kohlenstofffixierung untersucht. Unsere vorläufigen Daten weisen darauf hin, dass ein thermophiles Bakterium der Klasse Clostridia, Ammonifex degensii, zwei unterschiedliche autotrophe CO2-Fixierungswege gleichzeitig nutzen kann., A. degensii scheint eine neue Variante des Calvin-Benson-Zyklus mit Form III RubisCO zu nutzen, zusätzlich zum clostridiellen Wood-Ljungdahl-Weg. Laut unseren Genomanalysen benutzt ein weiteres thermophiles Bakterium, Thermodesulfobium narugense (Clostridia), wahrscheinlich auch den RubisCO Form III-abhängigen Calvin-Benson-Zyklus, in diesem Fall aber als den einzigen autotrophen Kohlenstofffixierungsweg. Darüber hinaus besitzen einige autotrophe Archaea ein Phosphoribulokinase-Homolog und sind somit möglicherweise in der Lage, mithilfe des Calvin-Benson-Zyklus anorganischen Kohlenstoff zu fixieren. In diesem Projekt möchte ich diese Hypothesen experimentell überprüfen. Die Ergebnisse könnten eine neuartige Strategie der autotrophen Kohlenstoffassimilierung bestätigen (i.e., zwei autotrophe Wege in einer Art), einen modifizierten Calvin-Benson-Zyklus mit einer archaeellen RubisCO beschreiben, unser Wissen über den archaeellen Kohlenstoffstoffwechsel erweitern und neue Einsichten in die Evolution der Autotrophie in Mikroorganismen liefern.