Please use this identifier to cite or link to this item: doi:10.22028/D291-22992
Title: A multi-omics perspective on osmoadaptation and osmoprotection in Bacillus subtilis
Other Titles: Eine systembiologische Sicht auf die Osmostressantwort von Bacillus subtilis
Authors: Kohlstedt, Michael
Language: English
Issue Date: 2014
SWD key words: Bacillus
Prolin
Systembiologie
Stoffwechsel
Osmoregulation
Free key words: 13C metabolische Flussanalyse
osmotischer Stress
kompatible Solute
Ectoin
Glycinbetain
Bacillus subtilis
osmoregulation
compatible solutes
central carbon metabolism
systems biology
DDC groups: 570 Life sciences, biology
Publikation type: Doctoral Thesis
Abstract: In its natural environment, the soil bacterium Bacillus subtilis permanently encounters nutrient limitations and increases in osmotic stress. The present study investigated the systems-wide response of B. subtilis to different simultaneously imposed stresses by combining chemostat experiments under conditions of carbon and nitrogen limitation, ionic and non-ionic osmotic stress and osmoprotection with multi-omics analyses of the transcriptome, proteome, metabolome and fluxome. Surprisingly, the flux through central carbon and energy metabolism is very robust under all conditions studied. The key to achieve this robustness is the increased production of several enzymes of central carbon metabolism to compensate for their reduced activity in the presence of high salt. A major response of the cell during osmotic stress is the production of the compatible solute proline through the concerted adjustment of multiple reactions around the 2-oxoglutarate node, which drives metabolism towards the precursor glutamate. Co-regulations between the individual cellular components under the investigated stress conditions indicate that the fine-tuning of the transcriptional and metabolic networks involves functional modules that outreach single pathways. Additionally, the work shortly describes the salinity-decoupled fed-batch production of the compatible solute ectoine in Corynebacterium glutamicum and the contribution of precursor amino acids of the aspartate family.
Das Bodenbakterium Bacillus subtilis ist in seiner natürlichen Umgebung permanenten Schwankungen des Nährstoffangebots und osmotischem Stress ausgesetzt. Die vorliegende Arbeit untersucht die systemweite Anpassung von B. subtilis an verschiedene, gleichzeitig auftretende Umweltstresse. Dazu wurden Chemostatexperimente, die sowohl Kohlen- und Stickstofflimitierung, als auch osmotischen Stress und Osmoprotektion nachbilden, mit Analysen des Transkriptoms, Proteoms, Metaboloms und Fluxoms kombiniert. Überraschenderweise ist die metabolische Flussverteilung im zentralen Kohlenstoffwechsel unter allen untersuchten Bedingungen sehr rigide. Eine erhöhte Produktion wichtiger Enzyme des zentralen Kohlenstoffwechsels kompensiert deren reduzierte Aktivität in Gegenwart von hohen Salzkonzentrationen im Cytosol. Eine weitere Reaktion der Zelle auf erhöhten osmotischen Stress ist die verstärkte Synthese des kompatiblen Soluts Prolin. Dies wird ermöglicht durch eine abgestimmte Anpassung der Reaktionen bis zum 2-Oxoglutarat-Knoten, die den Kohlenstofffluss in Richtung des Vorläufers Glutamat treibt. Regulatorische Interaktionen innerhalb funktionaler Module ermöglichen dabei eine systemweite Feinabstimmung des metabolischen Netzwerks über einzelne Stoffwechselwege hinaus. Die Arbeit beschreibt weiterhin die erfolgreiche, Hochsalz-unabhängige Produktion des kompatiblen Soluts Ectoin mit Corynebacterium glutamicum und geht kurz auf die Rolle beteiligter Aminosäuren der Aspartatfamilie ein.
URI: urn:nbn:de:bsz:291-scidok-58674
hdl:20.500.11880/23048
http://dx.doi.org/10.22028/D291-22992
Advisor: Wittmann, Christoph
Date of oral examination: 25-Jul-2014
Date issued: 7-Oct-2014
Faculty: NT - Naturwissenschaftlich- Technische Fakultät
Institute: NT - Biowissenschaften
Appears in Collections:SciDok - Der Wissenschaftsserver der Universität des Saarlandes

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
kohlstedt_2014.pdf21,44 MBAdobe PDFView/Open


Items in SciDok are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.