Nachweis neuartiger Wirts-Parasiten-Systeme bei hyperthermophilen Archaeen sowie Genomanalyse und molekularbiologische Untersuchungen von Nanoarchaeum equitans

URN to cite this document:: urn:nbn:de:bvb:355-opus-3683
DOI to cite this document:: 10.5283/epub.10254

Hohn, Michael

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Date of publication of this fulltext: 22 Mar 2005 06:48

Details

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	21 March 2005
Referee:	Karl (Prof. Dr.) Stetter
Date of exam:	8 March 2004
Institutions:	Biology, Preclinical Medicine > Institut für Biochemie, Genetik und Mikrobiologie > Lehrstuhl für Mikrobiologie (Archaeenzentrum)
Keywords:	Umweltwissenschaften / Mikrobiologie , Parasit , Archaebakterien , Extrem thermophile Bakterien , , hyperthermophile , Archaea , parasite , PCR , phylogeny
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 570 Life sciences
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	10254

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Abstract (German)

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Aus einer rekonstituierten Co-Kultur von Ignicoccus sp. KIN4/I mit anhaftenden kleinen Kokken wurde ein neuartiges archaeelles 16S rRNA Gen isoliert. Dieses weist Basenaustausche in nahezu allen als konserviert geltenden Sequenzbereichen auf und konnte deshalb in vorangegangenen PCR-Analysen mit universellen und archaea-spezifischen Standardprimern nicht nachgewiesen werden. Durch in situ Hybridisierungen mit neu entwickelten fluoreszenzmarkierten Sonden wurden die kleinen an Ignicoccus sp. KIN4/I anhaftenden Kokken spezifisch gefärbt. Auf diese Weise wurde ein neuer Vertreter der Archaea identifiziert, dem der Name Nanoarchaeum equitans gegeben wurde. Phylogenetische Analysen von 16S rRNA und konkatenierten Aminosäuresequenzen ribosomaler Proteine zeigten, dass N. equitans einem bisher unbekannten, als Nanoarchaeota bezeichneten vierten Reich der Archaea angehört, das im Stammbaum der Archaea sehr tief abzweigt.
Darauf wurden Primer für die spezifische Amplifikation der 16S rDNA von Vertretern der Nanoarchaeota entworfen. In Sedimentproben terrestrischer Heißwassertümpel im Yellowstone Nationalpark (USA) und in der Uzon Caldera (Kamtchatka) konnten damit zwei weitere Nanoarchaeota-verwandte 16S rRNA Sequenzen nachgewiesen werden. Durch Ganzzellhybridisierungen wurde die Morphologie der zugehörigen Organismen bestimmt.
Im Genom von N. equitans (sequenziert von der Firma Diversa) wurden durch Datenbankvergleiche mit bekannten archaeellen Genomen 552 für Proteine codierende Gene und 52 Gene stabiler RNAs identifiziert und deren Funktion annotiert. Durch die Auswertung der Genomdaten wurde belegt, dass es sich bei N. equitans um ein obligat parasitisches oder symbiontisches Archaeon mit einem reduzierten Genom handelt.
In den für die zwei Untereinheiten der DNA-Polymerase B codierenden Genen wurden die Teilsequenzen eines gespaltenen Mini-Inteins identifiziert. Durch Experimente mit rekombinanten DNA-Polymerase Untereinheiten konnte das Spleißen des Inteins in vitro gezeigt werden.
Die bei der Genomanalyse annotierte ATPase von N. equitans unterscheidet sich von den bisher bekannten A1AO-Typ ATPasen durch die geringere Anzahl von Untereinheiten. In gereinigten Membranen von N. equitans konnte die Aktivität der ATPase nachgewiesen und näher charakterisiert werden.

Translation of the abstract (English)

From a reconstituted coculture of Ignicoccus sp. KIN4/I and attached tiny cocci a novel archaeal 16S rRNA gene was obtained. This gene exhibits base exchanges in almost all usually conserved sequence regions and therefore could not be detected in former PCR analyses using universal or Archaea-specific standard primers. The tiny cocci could be stained with specific probes in fluorescence in situ hybridizations (FISH) and thus were shown to represent a novel member of the Archaea. The name �Nanoarchaeum equitans� was given to this new organism. Phylogenetic analyses of 16S rRNA and of concatenated amino acid sequences of ribosomal proteins demonstrated that N. equitans belongs to a so far unknown kingdom of Archaea (tentatively called Nanoarchaeota) which branches off very early in the archaeal phylogenetic tree.
In order to investigate the natural distribution of the Nanoarchaeota, purified genomic DNAs from several high temperature biotopes were PCR screened using Nanoarchaeota-specific primers. Two additional Nanoarchaeota 16S rRNA sequences were detected, originating from hot terrestrial pools in Yellowstone National Park (USA), and caldera Uzon (Camtchatka), respectively. The morphology of these novel organisms could be determined by FISH.
The genome of N. equitans (sequenced by Diversa Inc.) contains 552 protein coding genes and 52 genes coding for stable RNAs which were annotated after comparison with known archaeal gene sequences deposited in public databases. Genome analysis showed that N. equitans is an obligate parasitic or symbiontic organism with a reduced genome.
In the two open reading frames coding for subunits of the DNA polymerase B a split mini-intein was identified. In experiments with recombinant DNA polymerase subunits the splicing of the intein could be demonstrated in vitro.
The ATPase of N. equitans differs from other known A1AO-type ATPases by its smaller number of subunits. In purified membranes of N. equitans the activity of an ATPase could be detected and was further characterized.

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