title: Substrate-specific induction of anaerobic degradation pathways from aromatic compounds in Aromatoleum aromaticum EbN1
title: Substrat-spezifische Induktion der anaeroben Abbauwege von aromatischen Verbindungen in Aromatoleum aromaticum EbN1
Creators: name: Clermont, Lina
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2016
Subjects: Regulation
Molekularbiologie , Biochemie
Sequenzanalyse
Biochemistry
Microbiology, Molecularbiology
RNA Sequencing
Life sciences
Biowissenschaften, Biologie
Mikrobiologie

description: The facultative anaerobic
      denitrifying bacterium Aromatoleum aromaticum EbN1 is able to
      distinctively degrade aromatic hydrocarbons and phenolic
      compounds anaerobically. This trait was surprising in
      comparison to aerobic degraders like Pseudomonas putida and
      revealed the interesting field of anoxic degradation of
      environmental pollution in deep soil. The genetic
      accessibility makes Aromatoleum aromaticum EbN1 a desirable
      model organism for the understanding of distinct anaerobic
      metabolism. Even more, the anoxic degradation of the very
      similar compounds toluene, ethylbenzene, phenol, and
      p-ethylphenol is separately regulated for each substrate.
      Based on earlier experiments, sequence alignments and
      similarities to other hydrocarbon degrading organisms,
      putative regulators have been assigned to the different
      degradation clusters. It was proposed that toluene,
      ethylbenzene, and acetophenone degradation in Aromatoleum
      aromaticum EbN1 are under the control of the two component
      systems tdiRS, ediRS and adiRS respectively. In contrast, σ54
      dependent regulators are probably responsible for the
      activation of the degradation of 4-ethylphenol (EtpR) and
      phenol (PdeR). All of these proposed regulators are coded in
      genes directly adjacent to the respective degradation operon.
      In this study the proposed functions of EtpR and PdeR were
      investigated. Thereby, two disruption mutants were designed
      and examined in their growth phenotyp. It seems that the
      proposed thesis is correct and the genes etpR and pdeR code
      for activators of the respective operons. Furthermore, first
      studies were started to determine the inductors of
      4-ethylphenol- and phenol operon as well as to identify
      transcriptional starts and operator binding sites. Recent
      results show a complex network of interactions between the
      distinct pathways to degrade 4-ethylphenol and ethylbenzene
      and their postulated regulation systems. To gain further
      insight into the matter, Aromatoleum aromaticum EbN1 was
      cultivated with different carbon sources and the method of
      RNA-Sequencing using reverse transcription was established.
      The isolated and enriched mRNA from these cultures was
      analyzed in this high-throughput approach by Illumina
      sequencing. Not only was new light shed on the complexity of
      the regulation network, but also new hints were given
      concerning the unknown steps in the different degradation
      pathways.
description: Das denitrifizierende Bakterium
      Aromatoleum aromaticum EbN1 kann aromatische
      Kohlenwasserstoffe sowie phenolische Verbindungen anaerob
      über verschiedene Abbauwege metabolisieren. Diese distinkte
      Degradierung war im Vergleich zu aeroben Abbauern wie
      Pseudomonas putida überraschend und weckte das Interesse, den
      Abbau dieser umweltschädigenden Verbindungen in den
      tiefliegenden, anaeroben Bodenschichten zu verstehen. Die
      genetische Zugänglichkeit von Aromatoleum aromaticum EbN1
      macht es zu einem guten Modellorganismus, um diese
      Stoffwechselwege besser nachvollziehen zu können. Außerdem
      sind die Abbaumechanismen der chemisch sehr ähnlichen
      Verbindungen Toluol, Ethylbenzol, Phenol und 4-Ethylphenol
      alle separat reguliert. Basierend auf zuvor gemachten
      Beobachtungen, Sequenzvergleichen und Vergleichen zu anderen
      Kohlenwasserstoff-abbauenden Organismen wurden putative
      Regulatoren für die jeweiligen Abbau-Operons ermittelt. Es
      wurde postuliert, dass der Abbau von Toluol, Ethylbenzol und
      Acetophenon unter der Kontrolle von verschiedenen
      Zweikomponenten-Systemen steht, die jeweils durch die Gene
      tdiRS, ediRS und adiRS kodiert werden. Andererseits sind
      wahrscheinlich σ54-abhängige Regulatoren verantwortlich für
      die Aktivierung des Abbaus von 4-Ethylphenol (EtpR) und
      Phenol (PdeR). Alle postulierten Regulatoren sind dabei
      direkt neben den bekannten Abbau-Operons kodiert. In dieser
      Arbeit wurden die Funktionen von EtpR und PdeR näher
      untersucht. Dafür wurden zwei Disruptions-Mutanten erstellt
      und auf ihren Wachstumsphänotyp getestet. Die Ergebnisse
      unterstützen die These, dass die Gene etpR bzw. pdeR für
      Aktivatoren kodieren, die die anliegenden Gencluster
      induzieren. Außerdem wurden erste Studien zur Bestimmung
      möglicher Induktoren der 4-Ethylphenol- und Phenol-Operons,
      sowie Analysen von transkriptionellen Startpunkten und
      Operator-Bindestellen, gestartet. Neuste Ergebnisse haben
      eine komplexe Interaktion zwischen den Abbauwegen von
      4-Ethylphenol und Ethylbenzol und ihren vorhergesagten
      Regulationssystemen gezeigt. Um ein besseres Verständnis
      dafür zu bekommen, wurde Aromatoleum aromaticum EbN1 mit
      verschiedenen Kohlenstoffquellen kultiviert und eine Methode
      zur Transkriptom-Sequenzierung über reverse Transkription und
      Hochdurchsatz-Sequenzierung angereicherter mRNA etabliert.
      Dadurch wurden viele neue Einblicke in das komplexe
      Regulationsnetzwerk des anaeroben Abbaus aromatischer
      Kohlenwasserstoffe und phenolischer Verbindungen gewonnen und
      zusätzlich ergaben sich Hinweise auf ungeklärte Schritte in
      den jeweiligen Abbauwegen.