@phdthesis{Wilmes2011,
  author    = {Boris Wilmes},
  title     = {Proteomanalyse und Bioprozessentwicklung des psychrophilen, marinen Bakteriums Pseudoalteromonas haloplanktis TAC125},
  journal    = {Proteome analysis and bioprocess engineering of the psychrophile, marine bacterium Pseudoalteromonas haloplanktis TAC125},
  url       = {https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-000956-2},
  year      = {2011},
  abstract  = {Das aus antarktischem Meereis stammende und auch bei geringen Temperaturen schnell wachsende γ Proteobakterium Pseudoalteromonas haloplanktis TAC125 (PhTAC125) ist ein Modellorganismus f{\"u}r k{\"a}lteangepasste Bakterien und Enzyme. Zus{\"a}tzlich ist es ein alternativer Expressionswirt f{\"u}r die l{\"o}sliche {\"U}berproduktion von heterologen Proteinen, die in etablierten Expressionswirten zur Bildung von inclusion bodies neigen. Bisher sind bei PhTAC125 im Rahmen der Erforschung von K{\"a}lteanpassungsmechanismen bzw. der Optimierung des k{\"a}lteangepassten Expressionssystems nur Teilaspekte der Physiologie, des Stoffwechsels und der Bioprozessoptimierung untersucht worden. Bis zum Beginn dieser Dissertation gab es kaum Experimente, die sich mit der dynamischen und nahezu ganzheitlichen Betrachtung der Ver{\"a}nderung zellul{\"a}rer Zust{\"a}nde und des Stoffwechsels von PhTAC125 besch{\"a}ftigt haben. Dar{\"u}ber hinaus sind trotz der Fortschritte bei der Etablierung von PhTAC125 als alternativer Expressionswirt die bisher erzielten Biomassekonzentrationen gering. Aus diesem Grund wurden in dieser Dissertation zur Untersuchung des Stoffwechsels die exponentielle Wachstumsphase sowie vergleichende Untersuchungen verschiedener Wachstumsphasen und zellul{\"a}rer Kompartimente auf Basis der Proteomanalytik durchgef{\"u}hrt. Zus{\"a}tzlich konnte mit Hilfe der Fed-Batch-Kultivierungstechnik die Biomassekonzentration im Vergleich zu den herk{\"o}mmlichen Methoden deutlich gesteigert werden. Zur Untersuchung der Physiologie und des Stoffwechsels von PhTAC125 w{\"a}hrend des exponentiellen Wachstums wurde das Proteom analysiert. Neben den typischen stark exprimierten Kategorien der exponentiellen Wachstumsphase wie Protein- u. Nukleotidbiosynthese, Aminos{\"a}ure- u. Kohlenstoffmetabolismus, stellten sich vor allem die Proteine des TonB abh{\"a}ngigen Transportsystems (TBDT), sowie der Kategorien Entgiftung und Coenzyme f{\"u}r PhTAC125 als wichtig heraus. Das TBDT ist wegen seiner hohen Abundanz im Proteom und seiner potentiellen Beteiligung am Transport von Proteinabbauprodukten f{\"u}r PhTAC125 {\"a}hnlich bedeutend wie die anderen Kategorien mit einer hohen Anzahl stark exprimierter Proteine. Auch die Proteine zum Schutz vor ROS (reactive oxygen species) und die der Biosynthesewege der Coenzyme sind besondere und bedeutende Merkmale von PhTAC125. Der ROS Schutz ist bei k{\"a}lteangepassten Bakterien w{\"a}hrend des Wachstums bei geringen Temperaturen (≤ 20°C) mit erh{\"o}hter Sauerstoffl{\"o}slichkeit und der damit verbundenen verst{\"a}rkten ROS-Bildung essentiell. Die Verf{\"u}gbarkeit der meisten Biosynthesewege der Coenzyme im Proteom von PhTAC125 ist ein besonderes Charakteristikum gegen{\"u}ber vielen anderen Wasser- und Bodenmikroorganismen und kennzeichnet einen potentiellen Wachstumsvorteil. Zur vergleichenden Untersuchung der unterschiedlichen zellul{\"a}ren Kompartimente von PhTAC125 wurden 2D-Gelbilder des Cyto- und Periplasmas erstellt und gegen{\"u}bergestellt. Das periplasmatische Kompartiment war wesentlich durch Signalpeptid-haltige Proteine des TBDT, Porine und periplasmatische Peptidasen und Chaperone charakterisiert. Die Untersuchung der Proteomsignaturen unter N{\"a}hrstofflimitationsbedingungen basierte auf dem Vergleich der sp{\"a}ten exponentiellen und station{\"a}ren Wachstumsphase mit der exponentiellen Wachstumsphase. Beide Wachstumsphasen waren durch Kategorien mit hoher Anzahl an gering exprimierten Proteinen dominiert. Dabei handelte es sich vor allem um die Kategorien der Nukleotid-, Protein- und RNS-Biosynthese. Diese potentiell reprimierten Kategorien der sp{\"a}ten exponentiellen und station{\"a}ren Wachstumsphase waren in Verbindung mit der Limitation der meisten Aminos{\"a}uren ein deutlicher Hinweis auf die stringent response. In diesem Zusammenhang schienen die st{\"a}rker exprimierten Proteine (TBDT, Porine, Peptidasen/Protease und PilQ) positiv durch die stringent response eguliert zu sein, um das {\"U}berleben unter N{\"a}hrstofflimitationbedingungen zu garantieren. Bei der Bioprozessoptimierung zur Steigerung der Biomassekonzentration von PhTAC125 wurden zwei verschiedene FB-Strategien durchgef{\"u}hrt. Bei der ersten Strategie wurde eine komplexe Aminos{\"a}urequelle (Casamino Acids) als Substrat eingesetzt und {\"u}ber konstante oder exponentielle Substratzuf{\"u}tterungsprofile eine optische Dichte (OD) von 30 erreicht. Im Vergleich zu den bisherigen in der Literatur beschriebenen Bioprozessen von PhTAC125 wurde die finale Biomassekonzentration 3 fach erh{\"o}ht. Bei der zweiten FB-Strategie wurde ein „definierteres“ Substrat bestehend aus Glycerol und Glutamat f{\"u}r die F{\"u}tterungsl{\"o}sung eingesetzt. Mit einer anf{\"a}nglichen exponentiellen gefolgt von einer konstanten F{\"u}tterungsrate konnte die Biomassekonzentration (OD = 86) gegen{\"u}ber den ver{\"o}ffentlichen Ergebnissen 8 fach gesteigert werden. Zusammenfassend konnten erste proteombasierte Aussagen zur Physiologie und zum Stoffwechsel von PhTAC125 getroffen und erste Bioprozessstrategien zur gezielten Biomassesteigerung entwickelt werden.},
  language  = {de}
}