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Unravelling sulfobacin biosynthesis in Bacteroidota
enzyme localization, gene expression, and comparative lipid profiling
Lea Anna Donata Arneth
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Ernährungswissenschaften
Betreuer*in
Alexander Loy
DOI
10.25365/thesis.80920
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-14610.19950.337138-9
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
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 / Fjoh_2419) und die potentielle Sulfobacin-Synthase (Fjoh_2421) als lösliche, cytoplasmatische Proteine, während die möglichen Sulfobacin Monooxygenasen Fjoh_1748 und Fjoh_4604 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 fjoh_4604 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.
Abstract
(Englisch)
Sulfobacins are important membrane sulfonolipids of select Bacteroidota species and play a crucial role in their gliding motility and intercellular communication. Despite their importance, the subcellular organization of the involved enzymes and the regulation of the sulfobacin biosynthesis pathway are still poorly understood. In this master’s thesis, the subcellular localization of potential enzymes involved in sulfobacin biosynthesis were characterized in Flavobacterium johnsoniae by using bioinformatic topology analyses and fluorescence microscopy, combined with the sulfobacin profiling of selected Bacteroidota species. The bioinformatic analysis identified cysteate acyl-ACP transferase (SulA / Fjoh_2419) and the potential sulfobacin synthase (Fjoh_2421) as soluble, cytoplasmic proteins, while the putative sulfobacin monooxygenases Fjoh_1748 and Fjoh_4604 were predicted to be multipass membrane proteins. For experimental validation, C-terminal mScarlet-I fusions were generated through homologous recombination, which enabled the localization of the target proteins via fluorescence. While the integration of suicide plasmids was successful for all target genes, in-frame insertion could only be confirmed for fjoh_4604. Therefore, a replicating plasmid encoding the tagged fjoh_2419 was used to complement a F. johnsoniae ∆2419 strain, which further confirmed the cytoplasmic localization of the fluorescent SulA::mScarlet-I protein. However, this did not lead to the restoration of gliding motility or sulfobacin synthesis, suggesting potential steric hindrance at the enzymés active site caused by the mScarlet-I tag. Regulatory studies revealed that SulA expression is influenced by the growth phase and the availability of the precursor cysteate, with thermal stress (14°C and 37°C) leading to downregulation. In parallel, LC-MS-based analysis identified a conserved set of potential sulfobacins and derivates in various Flavobacteriaceae and Weeksellaceae species. Supplementation with cysteate showed high metabolic plasticity in Chryseobacterium capnotolerans, but led to possible stress responses and reduced sulfobacin production in other species. This work provides new insights into the sulfobacin biosynthesis pathway and demonstrates the complexity of its regulatory adaptation to environmental stimuli.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Sulfobacine Sulfonolipide Bacteroidota Flavobacterium johnsoniae Chryseobacterium capnotolerans mScarlet-I Fluoreszenzmikroskopie In-frame
Schlagwörter
(Englisch)
Sulfobacins
Autor*innen
Lea Anna Donata Arneth
Haupttitel (Englisch)
Unravelling sulfobacin biosynthesis in Bacteroidota
Hauptuntertitel (Englisch)
enzyme localization, gene expression, and comparative lipid profiling
Paralleltitel (Deutsch)
Aufklärung der Sulfobacin-Biosynthese in Bacteroidota
Paralleluntertitel (Deutsch)
Enzymlokalisation, Genexpression und vergleichende Lipidprofilierung
Publikationsjahr
2026
Umfangsangabe
101 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Alexander Loy
Klassifikation
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie
AC Nummer
AC17836359
Utheses ID
80325
Studienkennzahl
UA | 066 | 838 | |