Untersuchungen zum Mechanismus der Chromatentgiftung in Ralstonia metallidurans

Abstract

Das Gram-negative Bakterium Ralstonia metallidurans CH34 besitzt Resistenz gegenüber dem in Mikroorganismen nichtessentiellen Element Chrom. Die wichtigsten mikrobiellen Schutzmechanismen gegenüber Chromat sind zum einen die Reduktion zum schwerlöslichen, mindertoxischen Cr(III) und zum anderen der aktive Efflux von Chromat aus der Zelle. R. metallidurans besitzt eine chromosomal kodierte, NADH-abhängige Chromatreduktase-Aktivität. Diese Aktivität ist nicht durch Chromat induzierbar. Mindestens zwei Genregionen sind an der Ausprägung der Chromatresistenz durch aktiven Efflux beteiligt: die auf dem Megaplasmid pMOL28 lokalisierte chr1-Determinante und die chromosomal kodierte chr2-Determinante. Beide Genregionen enthalten die homologen Gene chrB1/2, chrA1/2 und chrF1/2 sowie weitere akzessorische Gene. Die Transkription der chr-Determinanten ist sehr spezifisch durch Chromat induzierbar, wobei die Regulation der chr1-Genregion über den chrB1p-Promotor erfolgt. Als potentielle Regulatoren wurden ChrB, ChrR und ChrI identifiziert. Das ChrA1-Protein ist ein Vertreter der CHR-Proteinfamilie, einer Familie von Chromattransportern. Der Transport ist wahrscheinlich durch den Protonengradienten über der Zellmembran energetisiert. Das ChrB1-Protein ist zytoplasmatisch lokalisiert und mit der Membran assoziiert, es vermag Chromat zu binden. ChrC ist eine homotetramere eisenabhängige Superoxiddismutase, die möglicherweise eine Schutzfunktion gegen Chromatvermittelten oxidativen Stress vermittelt.

The gramnegative bacterium Ralstonia metallidurans CH34 is resistant to chromium - a nonessential element in microorganisms. There are two known mechanisms to protect the cells from chromate. Chromate might be detoxified by chromate reduction, leading to less toxic Cr(III) or chromate is translocated out of the cell by active efflux. R. metallidurans contains a chromosomally encoded, NADH-dependent chromate reductase activity. This activity is not induced by chromate. There are at least two determinants encoding resistance by chromate efflux: the chr1-determinant is located on the megaplasmid pMOL28, the chr2-determinant is located on the bacterial chromosome. Both gene regions contain the paralogous genes chrB1/2, chrA1/2 and chrF1/2 as well as diverse accessory genes. The chrB1p promoter is responsible for regulation of the chr1 genregion. The transcription is induced specifically by chromate. ChrR, ChrI and ChrB were identified as potential regulators of the promoter. ChrA1 is a transporter of the cytoplasmic membran and a member of the CHR-family, probably responsible for chromate efflux. The transport is likely driven by a transmembrane proton gradient. The ChrB1 protein is a cytoplasmic, membrane attached protein that is able to bind chromate. ChrC is was shown to be a homotetrameric iron-dependent superoxide dismutase that could play a role in defense against oxidative stress caused by chromate.