Unravelling sulfobacin biosynthesis in Bacteroidota

Sulfonolipide, insbesondere die Klasse der Sulfobacine, sind wichtige Membranbestandteile vieler Bacteroidota und spielen eine wichtige Rolle bei der Gleitmotilität sowie der interzellulären Kommunikation. Trotz ihrer Bedeutung sind die subzelluläre Anordnung involvierter Enzyme und die Regulation des Biosynthesewegs bisher kaum erforscht. In dieser Masterarbeit wurden potentielle Enzyme der Sulfobacin Biosynthese in Flavobacterium johnsoniae mittels bioinformatischer Topologieanalysen und Fluoreszenzmikroskopie charakterisiert. Ergänzend erfolgte eine Charakterisierung der Sulfonolipid-Profile für verschiedene Bacteroidota Spezies. Die bioinformatische Analyse identifizierte die Cysteat-Acyl-ACP-Transferase (SulA / Fjoh₂419) und die potentielle Sulfobacin-Synthase (Fjoh₂421) als lösliche, cytoplasmatische Proteine, während die möglichen Sulfobacin Monooxygenasen Fjoh₁748 und Fjoh₄604 als Multipass-Membranproteine vorhergesagt wurden. Zur experimentellen Validierung wurden C-terminale mScarlet-I-Fusionen mittels homologer Rekombination generiert, welche die Lokalisierung der Zielproteine mittels Fluoreszenz ermöglichte. Während die Integration von Suizidplasmiden für vier Zielgene gelang, konnte eine erfolgreiche In-Frame-Insertion ausschließlich für fjoh₄604 bestätigt werden. Die zusätzliche Komplementierung von F. johnsoniae ∆2419 mit dem replikativen Plasmid pCP11 ermöglichte die visuelle identifizierung des zytoplasmatischen Signals für die SulA: : mScarlet-I-Fusion. Dies führte jedoch weder zur Wiederherstellung der Gleitmotilität, noch zur Sulfobacin synthese, was auf eine mögliche sterische Hinderung des aktiven Enzymzentrums durch mScarlet-I hindeutet. Untersuchungen zur Regulation ergaben, dass die SulA-Expression durch die Wachstumsphase und die Verfügbarkeit des Präkursors Cysteat beeinflusst wird, wobei thermischer Stress (14°C und 37°C) zu einer Downregulation führte. Parallel dazu identifizierte eine Liquid chromatography-tandem mass spectrometry-basierte Analyse ein konserviertes Set an Sulfonolipiden in verschiedenen Flavobacteriaceae und Weeksellaceae Arten. Während die Supplementierung von Cysteat in Chryseobacterium capnotolerans zu einer erhöhten Bildung der Sulfobacin-Vorstufe Capnin sowie zur Produktion sekundärer Sulfobacine führte, verursachte sie in anderen Spezies mögliche Stressreaktionen und reduzierte die Sulfobacin-Arten. Diese Arbeit liefert neue Einblicke in die räumliche Trennung der Sulfobacin Biosynthese und zeigt die Komplexität ihrer regulatorischen Anpassung an Umweltreize.