Für das Überleben von Bacillus subtilis ist eine verlässliche Überwachung der Integrität
der Zellhülle essentiell, um diese zu schützen und bei Schäden adäquat zu reagieren.
Neben den ECF � Faktoren spielen Zwei-Komponenten-Systeme (2KS) in der
Zellhüllstressantwort von B. subtilis eine zentrale Rolle. Eines dieser Systeme, das LiaRS-
2KS reagiert auf eine große Anzahl verschiedener Zellwand-Antibiotika sowie andere
zellhüllstress-auslösende Substanzen. Die zelluläre Funktion und Rolle des Lia-Systems
konnte bisher nicht genau definiert werden. In der hier vorliegenden Dissertation wurde
das Lia-System erstmals hinsichtlich seiner funktionalen Rolle in B. subtilis untersucht. Im ersten Teil der Ergebnisse wurde eine detaillierte Analyse der LiaR-vermittelten
Zellhüllstressantwort in B. subtilisvorgenommen. Transkriptom-Studien dienten zur
Identifizierung des LiaR-Regulons. Hierbei wurde die Genexpression des Wildtyps mit
zwei Mutanten, die den „ON“ (�liaF) und „OFF“ (�liaR) Zustand des Lia-Systems
repräsentierten, verglichen. Von den dabei identifizierten drei potentiellen LiaR-Zielloci
(liaIH, yhcYZ-ydhA, ydhE) konnten durch anschließende Folgeuntersuchungen nur die
Gene liaI und liaH als in vivo relevante Zielgene für LiaR verifiziert werden.
Umfangreiche phänotypische Analysen zeigten, dass �liaIH-Mutanten nur schwach
sensitiv auf einige Antibiotika sowie oxidativen Stress reagierten. Ebenso vermittelt eine
Überexpression von LiaH in einer �liaF-Mutante keine Resistenz gegenüber stressauslösenden
Substanzen. LiaH gehört zur Familie der Phagenschock-Proteine. Weitere
Mitglieder dieser Familie sind PspA aus Escherichia coli und Vipp1 aus Arabidopsis
thaliana, die große oligomere Ringstrukturen bilden. Die strukturelle Untersuchung von
LiaH ergab, dass auch dieses Protein große Ringe bildet (>1MDa). Der zweite Ergebnisteil befasst sich mit der Untersuchung der Stimuluswahrnehmung der
Zellhüllstress-detektierenden Systeme in B. subtilis. Die Zellhüllstressantwort auf das
Antibiotikum Bacitracin wurde hierbei mittels �-Galaktosidase-Assay sowie Western Blot-
Analyse erforscht. Das Bce-System reagiert dabei am stärksten und spezifischsten auf
Bacitracin-Stress. Es wurde ebenfalls festgestellt, dass der ABC-Transporter BceAB
essentiell für die Stimuluswahrnehmung ist und dass das Bce-System an sich eine
Resistenzdeterminante in B. subtilis darstellt. Das Lia-System hingegen wird erst bei
höheren Bacitracin-Konzentrationen induziert. Zusammengefasst deuten diese Ergebnisse
darauf hin, dass das Bce-System Bacitracin direkt wahrnimmt (drug sensing) und das LiaSystem in indirekter Weise auf Zellhüllstress ausgelöst durch Bacitracin reagiert (damage
sensing).
Im dritten Teil der Ergebnisse wurdendie zelluläre Lokalisation von LiaI, LiaH und LiaG
sowie die Beziehung der Proteine untereinander mittels Fluoreszenz-Mikroskopie und
biochemische Ansätze untersucht. Die Membranproteine LiaI und LiaG sind unter
Stressbedingungen in der Zellmembran lokalisiert. LiaH, ein cytoplasmatisches Protein
verändert unter Stressbedingungen seine Lokalisation vom Cytoplasma an die Membran.
Die Funktion von LiaH scheint sich also an der Zellmembran zu vollziehen, wobei LiaI als
Interaktionspartner identifiziert wurde. Da in einer �liaI-Mutante LiaH unter
Stressbedingungenebenfallsnoch an die Zellmembran assoziert ist, wurde nach weiteren
Interaktionspartnern von LiaH gesucht. Eine umfangreiche bacterial-two-hybrid-Analyse
ergab, dass sowohl LiaH als auch LiaI und LiaG in ein Interaktionsnetzwerk eingebettet
sind, in welchem das bisher uncharakterisierte Protein YvlB eine Schlüsselrolle spielt.Die
ebenso in dieses Netzwerk involvierten Proteine YjoB, DnaK und HtpG üben als
Proteasen/Chaperone Funktionen in der Faltung und Degradierung von Proteinen aus. Ein
Zusammenspiel des Lia-Systems und des Schlüsselproteins YvlB mit den
Proteasen/Chaperonen als Reaktion auf Zellhüllstress ist denkbar. Die Phagenschock-Homologe PspA in Streptomyces lividans und E. coli üben einen
erheblichen Einfluss auf die Proteinsekretion sowie die elektronenmotorische Kraft der
Zelle aus. Daher wurde im letzten Teil der Ergebnisse die Rolle von LiaH in der
Proteinsekretion sowie im Energiestoffwechsel näher analysiert. Ein Einfluß des Lia-
Systems in der Aufrechterhaltung der elektronenmotorischen Kraft der Zelle konnte nicht
bestätigt werden. Durch die Analyse des Sekretoms in B. subtilis konnte gezeigt werden,
dass das extrazelluläre Proteom einer �PliaI-liaIH-Mutante im Vergleich zum Wildtyp
signifikante Veränderungen in der Komposition aufwies.So wurde im Sekretom der �PliaIliaIH-
Mutante vor allem das Zellwand-assoziierte Protein WapAidentifiziert, welches im
Wildtyp oder in einer �liaF-Mutante nicht auftrat. Das Lia-System beeinflußt somit auch
die Proteinsekretion von B. subtilis, wobei die molekularen Mechanismen noch unbekannt
sind.
