Bioinformatische Identifizierung von Methanogenen
Werbung
Themenvorschlag Masterarbeit Bioinformatik Prof. Sonja Prohaska (Informatik) zusammen mit Prof. Gunhild Layer (Biochemie) Bioinformatische Identifizierung von Methanogenen-spezifischen Enzymen Die biologische Methanbildung (Methanogenese) spielt eine wichtige Rolle im globalen biogeochemischen Kohlenstoffkreislauf und ist darüber hinaus aus klimatischer Sicht von Bedeutung, da Methan ein effektives Treibhausgas darstellt, dessen vermehrte Produktion zur globalen Erwärmung beiträgt. Die biologische Methanbildung ist ausschließlich auf die Stoffwechselaktivität bestimmter Mikroorganismen zurückzuführen, der sogenannten Methanogenen, die zur Domäne der Archaea gehören. Obwohl die Methanogenese in den verschiedenen Untergruppen der Methanbildner unterschiedlich ablaufen kann, ist stets das Enzym Methyl-Coenzym M Reduktase (MCR) für den letzten Schritt der Methanbildung verantwortlich. Dieses nur in Methanogenen vorkommende Enzym enthält einen einzigartigen Cofaktor: das Nickel-haltige Tetrapyrrol Cofaktor F 430. Die Biosynthese von Cofaktor F430 ist bisher nur teilweise verstanden. Einige Intermediate sowie Enzyme des Biosynthesewegs sind noch unbekannt. Es kann allerdings davon ausgegangen werden, dass diese Enzyme ausschließlich in methanogenen Archaea zu finden sind. Im Rahmen einer Masterarbeit sollen, mit bioinformatischen Methoden, von mehr als 120 bisher sequenzierten Genome von Archaean, Gene identifiziert werden, die nur in Methanogenen vorkommen. Hierfür müssen orthologe Gene identifiziert und Genphylogenien rekonstruiert werden. Zusätzlich sollen evolutionäre Änderungen der genomische Organisation von bekannten Genen, die in der Methanogenese eine Rolle spielen, untersucht werden, da funktionell zusammengehörige Gene oft in Clustern vorliegen. Potentiell Methanogenen-spezifische Enzyme sollen durch sequenz- und strukturbasierte Homologiesuche auf ihre mögliche Fähigkeit, relevant Schritte in der Biosynthese des Cofaktor F 430 durchführen zu können, untersucht werden. Das Ziel ist, die fehlenden, enzymatischen Komponenten der Biosynthese des Cofaktors F430, und damit der Methanogenese in Archaean, bioinformatisch zu identifizieren, und für eine funktionelle Charakterisierung im Labor vorzubereiten.
