Das Projekt "Geometrische und elektronische Struktur von (NiFe)- und (FeFe)-Hydrogenasen: H2-Produktivität und O2-Toleranz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Bioanorganische Chemie durchgeführt. Teilantrag zum Gesamtantrag 'H2-Designzellen': Für das Design eines Organismus zur lichtgetriebenen Wasserstoffproduktion ist die Verwendung einer hochaktiven, thermostabilen und sauerstofftoleranten Hydrogenasekomponente von essentieller Bedeutung. In diesem Projekt soll die Grundlage für ein Verständnis solcher Hydrogenasen (sowohl des NiFe- als auch FeFe-Typs) gelegt werden durch (1) Kristallisation und Röntgenstrukturanalyse und (2) spektroskopische Untersuchungen (EPR, FTIR) der aktiven Zentren. In Kooperation mit der AG Happe ist geplant, die hochaktiven kleinen (FeFe)-Hydrogenasen aus 2 Grünalgen (Chlorococcus submarinum, Chlamydomonas moewusii) zu untersuchen, ergänzt durch entsprechende Mutanten. Mit der AG Friedrich/Lenz wollen wir die (NiFe)-Hydrogenasen aus Ralstonia eutropha und thermostabilen Knallgasbakterien (Hydrogenophilus (H.) thermoluteolus, H. hirschii) studieren. Die Gene der Hydrogenase-Untereinheiten für den Zusammenbau des aktiven Zentrums und für die Reifungsprozesse müssen dann über Transformation/Konjugation in den Modellorganismus Synechocystis übertragen werden. (1) Im ersten Jahr soll die Kristallisation aller Systeme optimiert werden. Parallel dazu erfolgt die spektroskopische Charakterisierung.(2) Im zweiten Jahr sollten die Röntgenstrukturdaten für die (NiFe)- und (FeFe)-Hydrogenase zur Verfügung stehen als Grundlage für ein Verständnis von O2-Toleranz, Stabilität und Aktivität. Parallel dazu soll für die untersuchten Hydrogenasen der Wirkmechanismus ermittelt werden.(3) Im dritten Jahr sollen Hydrogenasen im Modellorganismus Synechocystis untersucht werden. Die hier geplanten Untersuchungen sind essentiell zur Auswahl geeigneter stabiler Hydrogenasen hoher Effizienz zur Einbringung in den Modellorganismus, der dann nach entsprechenden Tests einer wirtschaftlichen Verwertung zugeführt werden kann.
Das Projekt "Analyse stickstoffspezifischer und globaler Regulation in Cyanobakterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Justus-Liebig-Universität Gießen, Institut für Mikrobiologie und Molekularbiologie durchgeführt. Cyanobakterien, die wichtigsten Primaerproduzenten des Picoplanktons, reagieren auf Naehrstoffmangel durch Verringerung der photosynthetischen Leistung und einem Ausbleichen. Wir konnten feststellen, dass bei laenger anhaltendem Mangel die Cyanobakterien sich in Ruheformen umwandeln, dabei den Photosyntheseapparat abbauen und ueber Wochen lebensfaehig bleiben. Nach Naehrstoffzufuhr sind die Zellen wieder in der Lage die photosynthetische Aktivitaet zu regenerieren und weiterzuwachsen. Wir interessieren uns fuer die molekularen Mechanismen, die dieser Anpassungsreaktion zugrundeliegen. Insbesondere untersuchen wir, ueber welche sensorischen Leistungen die Cyanobakterien der Gattung Synechocystis verfuegen, um den Mangel an Stickstoffverbindungen wahrnehmen zu koennen. Hierbei spielt ein Protein (das PII-protein) eine zentrale Rolle, welches bestimmte Metaboliten binden kann, dadurch phosphoryliert wird und so den zellulaeren Zustand der Naehrstoffversorgung anzeigt. Ein zweiter Schwerpunkt bildet die Untersuchung der Physiologie im Ruhezustand in Hinblick auf die Funktionen, die das Ueberleben in dieser stationaeren Phase ermoeglichen.