Untersuchungen zum Acarbose-Metabolismus von Actinoplanes sp.
Creators: name: Brunkhorst, Claudia
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
Year: 2005
Subjects: subject: Actinoplanes
subject: Acarbose
subject: ABC-Transporter
subject: Maltosetransport
subject: acarbose
subject: ABC-transporter
subject: maltose transport
subject: 570 Biowissenschaften, Biologie
subject: 32 Biologie
subject: YC 6804
subject: YC 6821
subject: YC 6891

description: Acarbose hat als Inhibitor von Hydrolasen alpha-1,4-glykosidischer Bindungen medizinische Bedeutung. Das Acarbose-Biosynthese-Gencluster (acb) des grampositiven Produzenten Actinoplanes sp. wurde identifiziert und Genprodukte z. T. charakterisiert. Das Modell zum Acarbose-Metabolismus beschreibt einen Acarbosekreislauf, bei dem das Pseudotetrasaccharid als Carbophor fungiert. Das Molekül wird in das umgebende Medium abgegeben und durch das Zusammenwirken zweier extrazellulärer Enzyme nach Stärkehydrolyse mit einer unterschiedlichen Anzahl an Glukosemonomeren beladen. Nach dem vermuteten Re-Import über ein Bindeprotein-abhängiges ABC-Transportsystem AcbHFG stünde dem Organismus dann ein Gewinn an Glukosemolekülen zur Verfügung. Neben diesem Vorteil gegenüber Nahrungskonkurrenten im Habitat fungiert Acarbose ebenso als Hemmer der artfremden extrazellulären a-Amylasen. Die ökologische Funktion des Pseudotetrasaccharids wurde durch Untersuchungen zum Einfluss auf den Maltodextrin-Stoffwechsel von E. coli verifiziert und ausgeweitet. Es lässt sich ein ökonomisch sinnvolleres Konkurrenzverhalten von Actinoplanes sp. ableiten. Von den durch den Acarboseproduzenten selbst bereitgestellten Maltosacchariden aus Stärke profitieren artfremde Mikroorganismen nicht, da neben den Exoenzymen auch die Maltodextrin-Aufnahmesysteme in ihrer Funktion gehemmt sind. Außerdem wurde eine für Actinoplanes sp. geforderte Kapazität zur Aufnahme von Maltose und Maltodextrinen in vivo gefunden und in Transportexperimenten mit radioaktiv markierten Zuckern charakterisiert. Die Transportaktivität wird wahrscheinlich über zwei Bindeprotein-abhängige ABC-Importer mit multiplem Substratspektrum realisiert. Das ABC-Importsystem AcbHFG wurde heterolog in E. coli und S. lividans synthetisiert und z. T. erfolgreich gereinigt. In Substrat-Bindungsstudien konnte für das Bindeprotein AcbH eine Interaktion mit Acarbose und längerkettigen Derivaten, nicht jedoch mit Maltose/Maltodextrinen beobachtet werden.
description: Acarbose acts as an inhibitor of alpha-glucosidases and is therefore clinically used. The biosynthesis gene cluster (acb) was identified and partly characterized. The proposed model describes a pathway in which acarbose might function as a carbophor. The molecule is secreted into the medium where, after hydrolysis of starch, it is charged with additional glucose moieties. Re-uptake by a binding-protein dependent ABC importer AcbHFG would then result in a net gain of carbon and energy. Besides extracting glucose from the extracellular pool acarbose also acts as an inhibitor of alpha-amylases secreted by competitors in the natural environment. Prompted by the structural similarity between acarbose and maltotetraose, the effects of acarbose on the metabolism of maltose and maltodextrins in whole cells of E. coli and on individual components of the maltose / maltodextrin system were studied. The results demonstrate that acarbose is efficiently transported but not metabolized by E. coli due to its poor performance as a substrate of maltodextrin-degrading enzymes. Thus, besides acting as a carbophor acarbose also severely inhibits growth of competitors on maltodextrins. Actinoplanes using starch as carbon source should be able to import maltose and maltodextrins. Experiments with radioactive sugars indicate the action of two different binding-protein dependent ABC transport systems with a multiple substrate spectrum. Within the acb cluster a putative operon (acbHFG) encoding components of an ABC import system was found. To elucidate gene functions the products were overproduced in E. coli and S. lividans and some of the proteins were purified. Surface plasmon resonance analysis showed that the substrate binding protein AcbH binds acarbose and longer derivatives, but not maltose and maltodextrins.