4 Diskussion und Ausblick
4.1 Vergleich der Proteomikdaten mit Transkriptionsdaten
Im Zuge dieser Arbeit wurde erstmals eine quantitative Analyse des Proteoms von B. bacteriovorus durchgeführt. Durch die Analyse von verschiedenen Zeitpunkten des Lebenszyklus konnten diverse Proteine identifiziert werden, die zu spezifischen Zeitpunkten des Lebenszyklus hoch- oder herabreguliert werden. Folglich sind diese Proteine an Prozessen beteiligt, die an den spezifischen Zeitpunkten ablaufen und liefern damit Hinweise zur weiteren Aufklärung der Lebensweise von B. bacteriovorus. In der Fachliteratur ist das Proteom von B. bacteriovorus bisher kaum untersucht worden. Stattdessen konzentrierte sich die Forschung vorrangig auf genetische und transkriptomische Untersuchungen. 2013 wurden von KARUNKER et al. quantitative Transkriptionsdaten zu B. bacteriovorus HD100 veröffentlicht[59]. Sie verglichen das Transkriptom von AP-Zellen mit dem Transkriptom von GP-Zellen 3 h nach der Wirtspenetration. Dabei stellten sie fest, dass 67 % der exprimierten Gene ausschließlich in der GP exprimiert wurden, während 15 % der Gene ausschließlich in der AP exprimiert wurden. Folglich besitzen AP und GP sehr spezifische Genexpressionen, die sich deutlich unterscheiden. Die Beobachtung, dass sich AP und GP deutlich unterscheiden, konnte in dieser Arbeit auf Proteomebene bestätigt werden. So sind die meisten der gefundenen hoch- oder herabregulierten Proteine zwischen AP und GP reguliert und nicht innerhalb der GP.
Im Folgenden sollen die in dieser Arbeit gefundenen regulierten Proteine mit den Transkriptionsdaten ihrer zugehörigen Gene verglichen werden. Aus Gründen der Vergleichbarkeit werden dabei nur jene Proteine berücksichtigt, bei denen eine Regulation zwischen AP und GP3h stattgefunden hat (Vgl. Kapitel 3.5 Tab. 10). In Tabelle 17 sind die Proteomik- und die Transkriptomikdaten gegenübergestellt.
Tab. 17: Vergleich der Proteomik- mit den Transkriptomikdaten[59] von B. bacteriovorus HD100. Die Proteine wurden nach dem zugehörigen Genlokus geordnet. Bei GP handelt sich für beide Untersuchungen jeweils um eine GP-Probe 3 h nach der Wirtspenetration (GP3h).
„dominant“ bedeutet, dass das Gen in beiden Phasen exprimiert wird, jedoch in der dominanten Phase im mehr als fünffachen Überschuss.
Genlokus Accession Beschreibung
Protein hochreguliert
in
Genspezifizität Konsistenz
Bd0022 Q6MRQ2 Electron transfer flavoprotein
beta-subunit GN=etfB GP GP ja
Bd0063 Q6MRL4 Uncharacterized protein
GN=Bd0063 AP Stumm Nicht
vergleichbar Bd0112 Q6MRH2 Putative pilus assembly
membrane protein GN=PilQ AP AP Ja
Bd0163 Q6MRC5 YdiY protein GN=ydiY AP GP Nein
Bd0294 Q6MR07 Fumarylacetoacetate hydrolase
family protein GN=Bd0294 GP GP dominant Ja
Bd0356 Q6MQV0 Putative arginase GN=Bd0356 GP GP Ja
Bd0427 Q6MQN4 Uncharacterized protein
GN=Bd0427 AP GP Nein
Bd0458 Q6MQK8 Valine–tRNA ligase GN=valS GP GP Ja
Bd0459 Q6MQK7 Uncharacterized protein
GN=Bd0459 AP GP Nein
Bd0585 Q6MQ94 D-alanine–D-alanine ligase
GN=ddl GP GP Ja
Bd0586 Q6MQ93 Enhancing lycopene
biosynthesis protein 2 GN=elb GP GP Ja
Bd0683 Q6MQ04 Glycine cleavage system H
protein GN=gcvH AP GP Nein
Bd0829 Q6MPL9 Uncharacterized protein
GN=Bd0829 AP Stumm Nicht
vergleichbar Bd1054 Q6MP15 Asparagine–tRNA ligase
GN=asnS GP GP Ja
Bd1235 Q6MNL3 Uncharacterized protein
GN=Bd1235 AP GP Nein
Bd1467 Q6MMZ9 30S ribosomal protein S20
GN=rpsT AP GP dominant Nein Bd2001 Q6MLK7 YCE I like family protein
GN=Bd2001 GP GP Ja
Bd2005 Q6MLK3 Uncharacterized protein
GN=Bd2005 GP GP Ja
Bd2175 Q6ML46 Uncharacterized protein
GN=Bd2175 GP GP Ja
Bd2212 Q6ML11 Uncharacterized protein
GN=Bd2212 GP AP Nein
Bd2502 Q6MKA5 2-methylisocitrate lyase
GN=prpB GP GP Ja
Bd2509 Q6MKA0 Uncharacterized protein
GN=Bd2509 AP Stumm Nicht
vergleichbar
Bd2577 Q6MK36 Uncharacterized protein
Bd2707 Q6MJR2 Ribosome-binding ATPase YchF
GN=ychF GP GP Ja
Bd2726 Q6MJP4 Uncharacterized protein
GN=Bd2726 AP AP Ja
Bd2751 Q6MJM2 Urocanate hydratase GN=hutU GP GP Ja
Bd2950 Q6MJ36 DNA-directed RNA polymerase
subunit alpha GN=rpoA GP GP Ja
Bd2972 Q6MJ18 30S ribosomal protein S19
GN=rpsS GP GP Ja
Bd3000 Q6MIZ4 Uncharacterized protein
GN=Bd3000 GP GP Ja
Bd3020 Q6MIX5 Flagellar motor protein MotB
GN=motB GP Stumm Nicht
vergleichbar Bd3048 Q6MIV0 Chaperone protein ClpB
GN=clpB GP GP Ja
Bd3052 Q6MIU6 Flagellin GN=flgL GP Keine Nein
Bd3058 Q6MIU0 Efflux transporter GN=nolG GP Keine Nein
Bd3081 Q6MIR8 NADH dehydrogenase I chain G
GN=nuoG AP GP Nein
Bd3178 Q6MIH9 Aconitate hydratase GN=acnA GP AP Nein
Bd3311 Q6MI59 Aspartate–tRNA(Asp/Asn)
ligase GN=aspS AP GP Nein
Bd3424 Q6MHW0
Glutamine–fructose-6-phosphate aminotransferase [isomerizing] GN=glmS
GP GP Ja
Bd3532 Q6MHK9 Uncharacterized protein
GN=Bd3532 AP AP Ja
Bd3617 Q6MHD3 Superoxide dismutase GN=sodB GP GP Ja
Bd3749 Q6MH16 Lon protease GN=lon GP Keine Nein
Bd3861 Q6MGR3 Pyruvate carboxylase
GN=Bd3861 GP GP Ja
Bd3897 Q6MGM7 ATP synthase subunit beta
GN=atpD GP GP Ja
Bei etwa zwei Drittel der regulierten Proteine (27 Proteine) stimmten die Transkriptomik- mit den Proteomikdaten überein, d. h., die Proteine wurden in jener Phase hochreguliert, in der auch ihr dazugehöriges Gen exprimiert wurde. Dies traf vor allem auf GP3h-spezifische Proteine bzw. Gene zu. Bei etwa einem Fünftel der regulierten Proteine (10 Proteine) waren die Transkriptionsdaten gegenläufig zu den Proteomikdaten, d. h., die Proteine waren in der
Phase herabreguliert, in der ihr dazugehöriges Gen exprimiert wurde. Dies traf vor allem auf Proteine zu, die in AP hochreguliert waren. Hierfür kann es mehrere mögliche Erklärungen geben. Eine Möglichkeit könnte sein, dass die Proteine während der GP für die AP synthetisiert werden, bis am Ende der GP ein Maximum erreicht wird. In der AP werden die Proteine dann nicht mehr translatiert, jedoch auch nicht abgebaut, wodurch das Maximum erhalten bliebe. Alternativ könnte auch die RNA in der GP transkribiert, das Protein aber erst in der AP translatiert werden. Beide Strategien wären durchaus sinnvoll, da B. bacteriovorus so die aufwendige RNA- bzw. Proteinsynthese durchführen würde, wenn infolge des Wirtes ein Substrat- und Nährstoffüberschuss vorliegt.
Bei drei Proteinen (Bd3052, Bd3058 und BD3749) konnte keine phasenspezifische Genexpression festgestellt werden, jedoch eine Hoch- bzw. Herabregulierung im Proteinmuster. Diese Regulierung wird vermutlich vorrangig über den Proteinabbau gesteuert sein. Interessant ist weiterhin, dass für vier Proteine (Bd0063, Bd0829, Bd2509, Bd3020) basierend auf den Transkriptionsdaten festgestellt wurde, dass ihre Gene stumm sind. Die Proteine sind jedoch entweder in AP oder GP3h hochreguliert. Da die Proteine in mehreren Replikaten gefunden wurden, werden die zugehörigen Gene auch mit hoher Wahrscheinlichkeit exprimiert. Eventuell erfolgt die Expression jedoch zu Zeitpunkten des Lebenszyklus, die nicht von KARUNKER et al. betrachtet wurden.
Der Vergleich der Transkriptionsdaten mit den in dieser Arbeit generierten Proteomikdaten zeigt, dass es für die Aufklärung der Prozesse im Lebenszyklus von B. bacteriovorus sehr wichtig ist, sich nicht auf einen Bereich der Biomoleküle zu beschränken. So konnten zahlreiche Übereinstimmungen, jedoch auch einige Unterschiede zwischen dem Proteom und dem Transkriptom festgestellt werden. Dennoch konzentriert sich die Forschung nach der Sequenzierung des Genoms von B. bacteriovorus sehr stark auf das Transkriptom, während das Proteom oder gar Bereiche wie das Metabolom oder das Lipidom eher wenig Beachtung erfahren. Einer der Gründe dafür ist vermutlich, dass durch die neuen Next-Generation Sequencing Methoden, wie RNA sequencing (RNA-seq), quantitative Transkriptionsdaten mit hoher Genauigkeit und relativ geringem Aufwand generiert werden können[133]. Verglichen damit ist die nicht-zielgerichtete (engl. non-target) Protein- bzw. Metabolitanalytik deutlich komplexer.