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Dr. Vinzenz Brendler
Head of Division "Surface processes"
Surface Processes
v.brendlerAthzdr.de
Phone: +49 351 260 - 2430
Fax: +49 351 260 - 3553

Porträt Dr. Lederer, Franziska; FWGP

Dr. Franziska Lederer
Fellow Researcher (Marie Curie IOF)
Processing
f.ledererAthzdr.de
Phone: +49 351 260 - 2051, 3602

Promotionsarbeiten


Genetische Modifizierung bakterieller S-layer-Proteine zur Erzeugung maßgeschneiderter Proteinvarianten für technische Anwendungen

Pic Lederer

Promotionsstudent:
Franziska Lederer
Betreuer:
Prof. Dr. H. Bahl (Universität Rostock), Dr. K. Pollmann (HZDR)
Abteilung:
Biophysik
Zeitraum:
12/2008–07/2012


Motivation:

Aus der Uranabraumhalde „Haberland“ bei Johanngeorgenstadt wurden Mitte der 90er Jahre Bodenproben entnommen, welche auf das Vorkommen von Mikroorganismen und deren Fähigkeiten zum Umgang mit vor Ort auftretenden Schwermetallen untersucht wurden. Die isolierten Bacillus-Stämme hatten alle ein Charakteristikum gemeinsam: S-layer, eine Oberflächenproteinschicht, welche die ganze Zelle umschließt.

Untersuchungen unserer Gruppe ergaben, dass diese Proteine selektiv in der Lage sind, schädliche Schwermetallionen von nützlichen Metallionen zu „unterscheiden“ und durch Bindung der toxischen Ionen ihr Zellinneres vor deren schädigender Wirkung schützen.

Diese S-layer-Proteine besitzen neben ihrer Eigenschaft zur selektiven Metallbindung die Fähigkeit, sich in einem 2D Kristallgitter anzuordnen, welches sich auch nach der Trennung von Bakterium und Protein bildet. Diese Eigenschaft macht die Proteine für die Beschichtung von beispielsweise Filtermaterialien interessant.

Die Gewinnung der S-layer-Proteine ist bisher recht kostenintensiv und es bedarf verschiedener Wege zur Entwicklung geeigneter Methoden, welche ihren Einsatz rentabel werden lässt.

Eine solche Methode ist die sogenannte heterologe Expression, durch welche Proteine in anderen Organismen produziert werden können. S-layer-Proteine werden so nicht nur kostengünstiger, sowie qualitativ und quantitativ einheitlicher hergestellt, sondern können zusätzlich genetisch verändert werden. Damit können die Proteine mit neuen Eigenschaften versehen werden.


Zielstellung:

Ziel dieser Arbeit ist die Herstellung von bestimmten S-layer-Proteinen mit Hilfe der heterologen Expression.

Durch die Expression eines bestimmten S-layer-Proteins wurde der Wirtsorganismus Escherichia coli überraschend morphologisch von kurzen, bohnenförmigen zu langen schlauchförmigen Bakterien verändert. Ein Teil dieser Arbeit betrachtet die Hintergründe dieser morphologischen Veränderung sowie mögliche Anwendungen dieser neuen Strukturen.

Die S-layer-Proteine werden mit verschiedenen Proteinen fusioniert, um ihre Anwesenheit und Funktionalität überprüfen zu können.

Verschiedene S-layer-Proteine werden in den Wirtsorganismen Escherichia coli und Lactococcus lactis heterolog produziert, wobei Klonierungs-, Expressions- und Reinigungsbedingungen optimiert werden sollen. Ein geeignetes System zur Herstellung von S-layer-Proteinen soll damit identifiziert werden.

Zur Realisierung dieser Arbeiten werden unter anderem molekularbiologische Methoden wie PCR, Genklonierung und -expression und DNA-Sequenzierung; die Methoden Fermentation, Proteinreinigung und Infrarotspektroskopie, sowie die mikroskopischen Methoden Lichtmikroskopie, Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), Rasterelektronenmikroskopie (REM) und Rasterkraftmikroskopie (AFM) eingesetzt.


Publikationen:

  • Lederer, F. L., Günther, T. J., Flemming, K., Raff, J., Fahmy, K., Springer, A., Pollmann, K. (2010). Heterologous expression of the surface-layer-like protein SllB induces the formation of long filaments of Escherichia coli consisting of protein-stabilized outer membrane. Microbiology 156, 3584–3595.
  • Lederer, F. L., Günther, T. J., Raff, J., Pollmann, K. (2011). E. coli filament formation induced by heterologous S-layer expression. Bioengineered bugs 2, 178–181.
  • Lederer, F. L., Günther, T. J., Weinert, U., Raff, J., Pollmann, K. (2012). Development of bio-functionalized polyelectrolyte tubes using filamentous E. coli cells. In preparation.


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