Untersuchungen zur generellen Stressantwort von Bacillus subtilis nach Einwirkung von Umweltstress und bei niedriger Temperatur

摘要

Zusammenfassung Der alternative Sigmafaktor SigB kontrolliert die Expression des generellen Stressregulons in Bacillus subtilis. Durch die Synthese von generellen Stressproteinen werden nicht-wachsende B. subtilis-Zellen mit einer unspezifischen, vielfältigen und vorsorgenden Resistenz gegen zukünftigen Stress ausgestattet. Um die Funktion der generellen Stressantwort im Adaptationsnetzwerk dieses Gram-positiven Modellorganismus besser zu verstehen, wurden die Veränderungen im Transkriptom nach Einwirkung von Hitze, Salz und Ethanolstress analysiert. Diese Studie wurde mit DNA-Makroarrays durchgeführt, auf die PCR-Produkte aller 4107 Gene gespottet waren. Insgesamt konnten 124 SigB-abhängige Gene identifiziert werden. Darunter wurden 62 Gene neu dem SigB-Regulon zugeordnet und 62 schon zuvor beschriebene SigB-abhängige Gene bestätigt. Die genomweite Betrachtung des Transkriptionsprofils nach Umweltstress erlaubte auch eine Analyse der spezifischen Stressantworten von B. subtilis auf Hitze-, Salz- und Ethanolstress. Neu war die Induktion des ECF-Sigmafaktors SigW und seines Regulons nach 4% Salzstress. In ?dot blot?-Experimenten konnte gezeigt werden, dass die Induktion des SigW-Regulons osmotisch bedingt war. Außerdem wurde die Induktion der generellen Stressantwort bei niedriger Temperatur untersucht. Mit SigB-abhängigen LacZ- und GFP-Reporterfusionen konnte der Induktionsverlauf des SigB-Regulons in der Kälte beobachtet werden. Bei 37 °C wird das SigB-Regulon nach Umweltstress sofort, aber transient induziert. In der Kälte war dagegen eine langanhaltende Induktion der ctc::lacZ-Reporterfusion in der exponentiellen Phase zu sehen. Nach einem Maximum in der exponentiellen Wachstumsphase fiel die Induktion bis zum Übergang in die stationäre Phase langsam wieder ab, um dann auf einem erhöhten Level zu stagnieren. Die Analyse verschiedener Regulatormutanten der SigB-Aktivität bestätigte den temperatursensitiven Phänotyp einer sigB-Mutante und dokumentierte die Wachstumsdefekte einer rsbP-Mutante und einer rsbUP-Mutante bei 15 °C, die vermutlich durch die schwache Induktion des SigB-Regulons in diesen Zellen verursacht waren. So stellte eine zusätzliche Deletion des Gens für den Anti-Antisigmafaktor RsbV in der rsbUP-Mutante die volle Induktion der Reporterfusion wieder her, wodurch ebenfalls der Wachstumsdefekt aufgehoben wurde. Die intensive, langanhaltende Induktion des generellen Stressregulons in der rsbUPV-Tripelmutante unterstützt die These eines neuen Signaltransduktionsweges zur Aktivierung von SigB in der Kälte. In weiteren Arbeiten wird zu klären sein, ob in die Aktivierung von SigB in der Kälte weitere Proteine einbezogen sind oder für die Aktivierung eine intrinsische Instabilität des RsbW/SigB-Komplexes verantwortlich ist.