Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Die Nitrat- und Nitritreduktion bei Mykobakterien

Jäger, Torsten

Bacteria commonly use nitrate and nitrite reduction to gain energy under anaerobic conditions. In mycobacteria, the anaerobic nitrate reductase is encoded by the gene narGHJI, while nirBD was assumed to encode an anerobic nitrite reductase. In this study, we aimed to find out the relevance of these genes for the nitrogen metabolism. Nitrate reduction in M. tuberculosis and in M. bovis BCG was compared under anaerobic conditions. We investigated several mutants of M. bovis BCG: the narG mutant, the narG mutant with narGHJI by M. tuberculosis and the narG mutant with narGHJI by M. bovis BCG. In vitro, the nitrate reductase of M. tuberculosis displays a remarkably higher activity than the gene product of M. bovis BCG. In vivo, both the narG mutant with narGHJI of M. tuberculosis and the narG mutant with narGHJI of M. bovis BCG showed higher attenuation than M. bovis BCG wildtype and the narG mutant itself. Presumably, excess nitrite production decreases growth of M. bovis BCG in immunocompetent mice. The function of the nirBD gene and its impact on the pathogenity of M. bovis BCG was assessed. In vitro, wildtype and nirB mutant showed a similar amount of ammonia production. Thus, nirBD does not encode an anaerobic nitrite reductase. In vivo, the deletion in the nirB gene lead to attenuation of M. bovis BCG, which means that the expression of nirBD adds to the pathogenity of M. bovis BCG. In the third part, nitrate and nitrite reduction was investigated under aerobic conditions. In contrast to M. bovis BCG, M. tuberculosis reduces nitrate under aerobic conditions. The narG mutant of M. tuberculosis is not able to grow in the presence of nitrate as single nitrogen source. The narGHJI operon encodes an assimilatory nitrite reductase. After deletion of nirB, M. bovis BCG loses its ability to grow in the presence of nitrite as single nitrogen source, whereas the nirB mutant with nirBD of M. tuberculosis grows in vitro. Thus, nirBD contributes to nitrate assimilation under aerobic conditions in M. bovis BCG.

Bakterien können die Nitrat- und Nitritreduktion unter anaeroben Bedingungen zur Energiegewinnung nutzen. In Mykobakterien wird die anaerobe Nitratreduktase durch das Gen narGHJI kodiert, während der Genort der anaeroben Nitritreduktase auf nirBD vermutet wurde. In dieser Arbeit wurde die Bedeutung dieser Gene für den Stickstoffstoffwechsel untersucht. Die respiratorische Nitratreduktion von M. tuberculosis und M. bovis BCG wurde mit Hilfe von verschiedenen Mutanten verglichen. Eingesetzt wurden eine narG-Deletionsmutante von M. bovis BCG mit narGHJI von M. bovis BCG bzw. von M. tuberculosis komplementierte narG-Deletionsmutanten von M. bovis BCG. In vitro besaß die Nitratreeduktase von M. tuberculosis unter anaeroben Bedingungen eine deutlich höhere Aktivität als das entsprechende Genprodukt von M. bovis BCG. In vivo zeigten beide komplementierten Mutanten eine Attenuierung gegenüber der narG-Deletionsmutante von M. bovis BCG und dem Wildtyp. Eine hohe Nitritakkumulation in vitro vermindert vermutlich die Wachstumsfähigkeit von M. bovis BCG in immunkompetenten Mäusen. Die Funktion des Gens nirBD sowie dessen Bedeutung für die Pathogenese einer Infektion mit M. bovis BCG wurden untersucht. M. bovis BCG und dessen nirB-Deletionsmutante produzierten in vitro unter anaeroben Bedingungen Ammonium in einem vergleichbaren Umfang. NirBD kodiert somit keine anaerobe Nitritreduktase. In vivo führte die Deletion des nirB-Gens zu einer Attenuierung von M. bovis BCG. Die Expression des Gens nirBD trägt daher zu der Pathogenität dieses Stammes bei. Im dritten Teil wurde die assimilatorische Nitrat- und Nitritreduktion untersucht. M. tuberculosis, nicht jedoch M. bovis BCG, reduziert Nitrat unter aeroben Bedingungen. Durch eine Deletion im narG-Gen verliert M. tuberculosis seine Vermehrungsfähigkeit, wenn ihm nur Nitrat als Stickstoffquelle zur Verfügung steht. Damit konnte gezeigt werden, dass das narGHJI-Gencluster eine assimilatorische Nitratreduktase kodiert. Durch die Deletion des nirB-Gens verliert M. bovis BCG seine Wachstumsfähigkeit in Anwesenheit von Nitrit als alleiniger Stickstoffquelle, während die mit nirBD von M. tuberculosis komplementierte nirB-Deletionsmutante von M. bovis BCG in vitro wächst. NirBD trägt somit zur Nitritassimilation unter aeroben Bedingungen in M. bovis BCG bei.

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Jäger, Torsten: Die Nitrat- und Nitritreduktion bei Mykobakterien. Hannover 2003. Tierärztliche Hochschule.

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