Das Projekt "Beziehung zwischen der Schwefelversorgung und der N2-Fixierung von Leguminosen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bonn, Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES) - Bereich Pflanzenernährung durchgeführt. Leguminosen spielen als Futterpflanzen und in ganz besonderem Maße als Eiweißlieferanten eine wichtige Rolle. Weiterhin liefern sie in erweiterten Fruchtfolgen und vor allem im organischen Landbau beim Anbau in Mischkulturen oder als Vorfrucht durch ihre Fähigkeit zur N2-Fixierung einen wichtigen Beitrag für die Stickstoffversorgung der Pflanzen.Über die Bedeutung verschiedener Makro- und Mikronährstoffe für die N2-Fixierung liegen der Literatur zahlreiche Ergebnisse vor, während dem Element Schwefel seither wenig relative Bedeutung beigemessen wurde. In einem von der DFG geförderten Projekt (Sche 312/3-1, -/3-2) konnte zwar nachgewiesen werden, daß die N2-Fixierung bei S-Mangel abnimmt und die Nitrogenase-Aktivität sowie die Aktivität verschiedener Enzyme des C- und N-Stoffwechsels geringer ist, es konnte aber letztendlich nicht der Nachweis erbracht werden, ob der Ernährungszustand bezüglich Schwefel die N2-Fixierung direkt oder indirekt beeinflußt. Aus diesem Grund soll im geplanten Projekt geklärt werden, ob sich die Schwefelunterversorgung - direkt über die Synthese von Ferredoxin (4Fe-4S-cluster), das ein wichtiges Redoxsystem im Bakteroid darstellt, (aktive Knöllchen haben einen hohen S-Bedarf; Kuhlmann et al., 1982) oder- indirekt über eine Beeinflussung der 'energy charge' (Layzell, 1998) und des Kohlenhydratstoffwechsels der Wirtspflanze und hiermit über die Bereitstellung von C-Skeletten repressiv auf die N2-Fixierung auswirkt.Das Projekt soll insgesamt weiter Erkenntnisse zur kausalen Klärung der Frage der Bedeutung des Schwefels für die N2-Fixierung liefern.
Das Projekt "Gerichtete Mutagenese mit Ferredoxinen aus Cyanobakterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bonn, Botanisches Institut und Botanischer Garten durchgeführt. Die Photosynthese, genauer gesagt der photosynthetische Elektronentransport, kann als der zentrale Energietransformationsprozess in der Natur angesehen werden. Dabei wird die Energie in Form von ATP und reduziertem Ferredoxin gespeichert. Ferredoxin stellt energiereiche Elektronen fuer wichtige zellulaere Prozesse zur Verfuegung. Unsere Untersuchungen mit Cyanobakterien haben gezeigt, dass heterocystenbildende Arten zwei verschiedene Ferredoxine besitzen, die, soweit untersucht, ihre spezifische Funktion im photosynthetischen Elektronentransport bzw in der Stickstoffixierung haben. Die beiden Strukturgene aus Anabaena sp PCC 7120 sind isoliert und in Escherichia coli exprimiert worden. E coli synthetisiert das Holoprotein mit dem pflanzlichen (2Fe2S)-Cluster. Die Tertiaerstruktur cyanobakterieller (2Fe2S)-Ferredoxine ist bekannt. Somit sind die Vorraussetzungen geschaffen, durch ortsspezifische Mutagenese die Assemblierung zum Holoprotein, sowie die Beziehung zwischen Struktur und Wirkungsweise dieser Redoxproteine gezielt zu untersuchen.
Das Projekt "Forschungspreis 2016: Maximierung der Wasserstoffproduktion im Cyanobakterium Synechocystis sp PCC 6803 in vivo durch Fusion der bidirektionalen NiFe-Hydrogenase an Photosystem I und an ausgewählte Ferredoxine" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Botanisches Institut und Botanischer Garten durchgeführt. Ziel des Projektes ist es die Wasserstoffproduktion im Cyanobakterium Synechocystis sp PCC 6803 in vivo durch Fusion der bidirektionalen NiFe-Hydrogenase an Photosystem I und an ausgewählte Ferredoxine zu maximieren. Es werden verschiedene Fusionsstrategien getestet und die jeweils besten Wasserstoffproduzenten ausgewählt und weiter optimiert. Bevor die Hydrogenase an ausgewählte Ferredoxine fusioniert wird, soll untersucht werden, welche der 9 in Synechocystis bekannten Ferredoxine in die Wasserstoffproduktion involviert sind. Unter fermentativen Bedingungen stammen die Elektronen für die Wasserstoffproduktion aus der Oxidation von Kohlenhydraten. Es soll geklärt werden, welcher der drei bekannten glykolytischen Wege für die fermentative Wasserstoffproduktion am Wichtigsten ist, um Elektronenflüsse eventuell durch diesen Weg zur Hydrogenase umzulenken.
Das Projekt "Genetische und funktionelle Charakterisierung von Ferredoxinen und interagierenden Redoxproteinen aus Cyanobakterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bonn, Botanisches Institut und Botanischer Garten durchgeführt. Molekulare Erkennung spielt in der Biologie eine wichtige Rolle. Die molekularen Mechanismen, welche der Wechselwirkung zwischen zwei Proteinen und deren Regulation zugrunde liegen, sind nach wie vor ungeklaert. Im vorliegenden Projekt sollen am Beispiel der cyanobakteriellen Ferredoxine und ihrer Reaktionspartner folgende Fragen beantwortet werden: Wie interagieren Proteine in der Zelle? Welche strukturellen Merkmale sind notwendig, um die physiologische Funktion zu erfuellen? Welches sind die Faktoren, die diese Reaktionsmechanismen kontrollieren? Nach den Untersuchungen mit Ferredoxin: NADP+ Reduktase (FNR; petH) werden wir die Nitritreduktase durch heterologe Expression in E. coli und gezielte Mutagenese von nirA in die Charakterisierung der Wechselwirkung von ferredoxinabhaengigen Enzymen einbeziehen. Weiterhin sind Experimente zur Regulation der Transkription von petH vorgesehen sowie die genetische Analyse und Charakterisierung des Phaenotyps von verschiedenen Ferredoxinnullmutanten von Anabaena variabilis (fdxH1 hoch minus - fdxH2 hoch minus - fdxB hoch minus. Ueber das two hybrid System wollen wir einen bislang unbekannten Elektronenuebertraeger fuer die Nitrogenase Reduktase (nifH) identifizieren. Schliesslich werden die Ursachen der Sauerstoffsensitivitaet von Proteinen am Beispiel des FdxH2-Redoxproteins untersucht.
Das Projekt "Oxidative stress during degradation of phenolic compounds by bacterial ipso-hydoxylases - a challenge for the cell" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Eawag - Das Wasserforschungsinstitut des ETH-Bereichs durchgeführt. Preliminary results of transformation experiments with technical nonylphenol indicate that besides hydroquinone various alkylhydroquinones are produced as side products by ipso-hydroxylation. Because hydroquinones and alkylhydroquinones are agents of oxidative stress and have a high toxic potential, we plan to investigate the molecular processes associated with their formation and their further fate. In a metabolomics approach based on identification and quantification of putative metabolites by GC/MS and GC x GC/ToFMS, we intend to unravel the unique alkylhydroquinone fingerprint produced by ipso-degradation of technical nonylphenol in strain Bayram. There are indications that two reducing enzymes, a benzoquinone reductase that can quickly convert p-quinone into hydroquinone and a ferredoxin, able to reactivate TTNP3's hydroquinone-1,2-dioxygenase are involved in cell protection. We plan to elucidate the exact role of these enzymes in the metabolism of nonylphenols. The expected results will help us to shed new light on the metabolic strategies that microorganisms able to degrade potentially toxic phenolic substrates have evolved to cope with such substrates and their metabolites. This will be a major advance in the understanding of cellular responses to oxidative stress immanent to biodegradation of phenolic compounds.