Forschende der Universität Greifswald haben einen neuen Mechanismus zur Regulierung der Herstellung von Acetyl-Coenzym A (Acetyl-CoA) in Bakterien wie *Bacillus subtilis* entdeckt. Acetyl-CoA spielt eine zentrale Rolle im Zellstoffwechsel und ist entscheidend für die Synthese von wichtigen Nährstoffen, darunter Proteine, Kohlenhydrate und Fette. Dieser neuartige regulative Mechanismus wurde in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
Bislang war die Koordination von Produktion und Abbau von Acetyl-CoA weitgehend unerforscht. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass Acetyl-CoA aus Essigsäure, Adenosintriphosphat (ATP) und Coenzym A gebildet wird. Dies geschieht durch das Enzym Aketyl-CoA-Synthetase (AcsA). Die Aktivität von AcsA kann durch die Acetylierung der Aminosäure Lysin reguliert werden. Ist AcsA acetylierte, wird es inaktiv, während eine nicht-acetylierte Form aktiv ist.
Der komplexe Regelkreis
Ein Schlüsselprotein in diesem Prozess ist AcuB, das als Sensor für den Energiezustand der Zelle fungiert. Es koordiniert die Synthese von Acetyl-CoA, indem es sich mit dem Enzym AcuC verbindet. AcuC entfernt die Acetylierung von AcsA und aktiviert somit das Enzym. Die Hemmung von AcuC durch AcuB erfolgt nur in Anwesenheit von Adenosinmonophosphat (AMP), was auf eine niedrige Energieladung der Zelle hinweist. Diese Mechanismen sorgen dafür, dass Acetyl-CoA nur dann produziert wird, wenn genügend Energie vorhanden ist, um lebenswichtige Zellprozesse durchzuführen.
Die Arbeiten umfassten auch umfangreiche laborwissenschaftliche Methoden. Die Gene AcuA, AcuB, AcuC und AcsA wurden aus dem genomischen DNA von *Bacillus subtilis* isoliert und kloniert. Dabei kamen plasmidbasierte Systeme zum Einsatz, die die Herstellung und Untersuchung der Proteine ermöglichten. Proteine wurden in *Escherichia coli* überexprimiert, aufgereinigt und einer Vielzahl von Tests unterzogen, einschließlich Aktivitätsassays, Massenspektrometrie und Western Blot-Analysen.
Erweiterte Einblicke in zelluläre Prozesse
Die Ergebnisse dieser Studie erweitern das Verständnis der Stoffwechselkoordination in Bakterien und bieten neue Einblicke in die Rolle von Lysin-Deacetylasen. Besonders hervorzuheben sind die molekulardiagnostischen Verfahren, die ermöglichten, detaillierte Informationen über die Protein-interaktionen und deren dynamische Veränderungen zu gewinnen. Diese Fortschritte könnten weitreichende Auswirkungen auf die Biotechnologie und die Medizin haben, insbesondere im Hinblick auf die Manipulation von Stoffwechselwegen für biotechnologische Anwendungen.
Das Team, das an dieser Studie arbeitete, umfasste neben den herausragenden Forschern der Universität Greifswald auch weitere Gruppen der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät. Die Kombination aus experimentellen und theoretischen Ansätzen, wie etwa Molekulardynamik-Simulationen, führte zu einem umfassenden Verständnis der zugrunde liegenden biologischen Mechanismen.