Eisen und Mangan: Wechselwirkungen und Homöostase in Escherichia coli mit dem Schwerpunkt ZupT

Abstract

ZupT aus Escherichia coli ist der erste charakterisierte bakterielle ZIP (ZRT, IRT-like proteins)-Transporter und weist ein breites Substratspektrum auf. So werden zweiwertige Metall-Kationen wie Zink, Eisen, Cobalt, Mangan, Cadmium und vermutlich ebenfalls Kupfer und Nickel durch ZupT in das Cytoplasma aufgenommen. ZupT scheint die Substrate mit folgender Präferenz zu transportieren: Zn/Cd>Cu>Mn/Co/Ni. Der ZupT-vermittelte Metall-Transport wurde durch Protonophoren wie CCCP und FCCP, jedoch nicht durch ATPase Inhibitor Orthovanadat inhibiert. Dies lässt auf eine Energetisierung des Metall-Transports durch die proton-motive force vermuten. Durch ZupT-Mutanten-Analysen konnten für den Metall-Transport essenzielle Histidin-Reste in TMH IV und V an Position 119, 123 und 148 identifiziert werden. Dagegen sind vermutlich die Aminosäuren H89, S117, E152 und E60 im ZupT-Protein an der Substratspezifität beteiligt. Untersuchungen zum Mangan- und Eisen-Transport von ZupT zeigten, dass ein E. coli Stamm, dem alle für das Wachstum in definiertem Medium relevanten Eisen- und Mangan-Aufnahme-Systeme (Fec, Feo, MntH, ZupT und Enterobaktin) fehlen, dennoch in der Lage war, zu wachsen. Dabei konnte das Wachstum dieses E. coli Deletionsstammes in Anwesenheit von Mangan erheblich verbessert werden. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass Mangan, im Gegensatz zum Eisen, vor oxidativen Stress, sowohl SodA (MnSOD)-abhängig als auch SodA-unabhängig schützt. Durch Atom-Absorptions-Spektroskopie konnte gezeigt werden, dass unter bestimmten Wachstumsbedingungen erhebliche Mengen an Eisen oder Mangan in den Zellen der Eisen/Mangan-Aufnahme-Mutante akkumuliert werden. Demzufolge müssen noch zusätzliche, unbekannte Eisen- und Mangan-Aufnahme-Systeme in der Mutante existieren, die die Mangan- und Eisen-Aufnahme gewährleisten. Dabei konnte gezeigt werden, dass das anorganische Phosphat-Aufnahme-System PitA vermutlich ein unspezifisches Eisen-, jedoch nicht Mangan-Aufnahme-System in der Mutante darstellt.