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Röntgenkristallographische Untersuchungen zum enzymatischen Abbau von Tetracyclinen durch die Monooxygenase TetX sowie zur Erkennung natürlicher Tetracyclin-Abbauprodukte durch den Tet-Repressor

Volkers, Gesa - Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald (2011)


Die Monooxygenase TetX wurde zuerst in Bacteroides sp. identifiziert, später auch in Sphingobacterium sp. Tetracycline werden von TetX zu 11a-Hydroxy-Tetracyclinen hydroxyliert, welche nicht-enzymatisch weiterdegradieren und keine zweiwertigen Kationen chelatieren können. Dies führt zur Resistenz von aeroben Bakterien gegen Tetracycline. Die Verbreitung von TetX könnte zu einem späteren Zeitpunkt zu klinischer Relevanz gelangen. Die Kristallstruktur von TetX wurde durch Multiple Anomale Dispersion an einem Selenomethionin-Derivat gelöst. Die native Kristallstruktur von TetX konnte mit den erhaltenen Phasen des TetX-SeMet Experiments gelöst werden. Die Kristallstrukturen von TetX im Komplex mit 7-Iodtetracyclin, 7-Chlortetracyclin, Minocyclin und Tigecyclin wurden gelöst, wobei der Minocyclin-Komplex mit 2.18 Å der am höchsten aufgelöste Komplex ist und so zu den detailliertesten Einblicken der Tetracyclin-Erkennung durch TetX verhilft. Durch Derivatisierung von TetX-Einkristallen mit Xenon, welches ähnliche hydrophobe Eigenschaften wie molekularer Sauerstoff besitzt, wurden zwei besonders hydrophobe Taschen in der Substrat-bindenden Domäne von TetX identifiziert, die dem Sauerstofftransport dienen können. Neben der enzymatischen Inaktivierung von Tetracyclinen durch TetX sind nicht-enzymatische Abbauprozesse von Tetracyclinen allgegenwärtig. Dazu gehört die Umwandlung von Tetracyclinen zu Iso-Tetracyclinen im neutralen bis alkalischen Milieu, was zu einem Bruch der C11-C11a-Bindung und somit zu einer veränderten Anordnung der neuen Ringe A, B, C* und D führt. Die Bindung von Iso-Tetracyclinen zum Tetracyclin-Repressor, der durch die [Mg-Tetracyclin]-Bindung induziert wird, von der Operator-DNA tetO dissoziiert und so die Expression von TetR und dem Effluxprotein TetA reguliert, wurde untersucht. Die Affinität von Iso-Chlortetracyclin für TetR(D) wurde durch Oberflächen-Plasmon-Resonanz bestimmt. Die Kristallstrukturen von TetR(D) im Komplex mit Iso-Chlortetracyclin bzw. Iso-Cyanotetracyclin wurden durch Co-Kristallisationsexperimente gelöst.


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