Untersuchung schädigender Einflüsse unterschiedlicher Bismut-Spezies auf die physiologische Darmmicrobiota unter besonderer Berücksichtigung von methylierten Derivaten
Im Rahmen dieser Arbeit konnte eine bakteriostatische Wirkung von verschiedenen Bismut-Spezies auf B. thetaiotaomicron, einen dominierenden intestinalen Hauptvertreter der Microbiota, belegt werden. Eine Wachstumshemmung des colloidalem Bismut-Subcitrats (CBS) liegt im µM Bereich, wohingegen eine Hemmung durch die Exposition der methylierten Bismut-Spezies Monomethyl- (MMBi), Dimethyl- (DMBi) und Trimethylbismut (TMBi) bereits bei Konzentrationen im nM Bereich (TMBi, MIC50 = 30 nM) auftreten. Die Toxizität nimmt hierbei mit steigender Anzahl an Methylgruppen, entsprechend der Reihenfolge MMBi < DMBi < TMBi, zu. Diese Wachstumshemmung und die damit verbundene Schädigung für das Bacterium sind langanhaltend, wie anhand von Rekultivierungsversuchen gezeigt wurde. Die Exposition von TMBi oder CBS führt hierbei zu einer irreversiblen und die Exposition von teilmethylierten Bismut-Derivaten zu einer reversiblen Wachstumshemmung. Die molekularen Ursachen dieser Wachstumshemmung durch das TMBi wurden anhand mehrerer Struktur- und Funktionseinheiten, wie der Zellmembran, dem Proteom und dem Transkriptom, überprüft. Es wurde aufgezeigt, dass das TMBi einen Zellstress für das exponierte Bacterium bedingt, der mit erniedrigten biosynthetischen Prozessen der Lipid- und Polysaccharid-Biosynthese und der Zellwand-Biogenese einhergeht. Die Beeinträchtigung des mutmaßlichen Skp-Chaperons, bedingt vermutlich ein limitiertes Wachstum. Zudem erniedrigt die Repression des Polysaccharid-Lokus vermutlich nachhaltig die physiologische Aktivität des Bacteriums, da Fructose nicht mehr degradiert werden kann. Erhöhte DNS-Prozesse, die im Zusammenhang mit der Rekombination stehen, können auf Schädigungen der DNS hindeuten, die dadurch behoben werden sollen.
Various bismuth species inhibit the growth of B. thetaiotaomicron, a dominant member of the intestinal microbiota, but with different power: Growth inhibition of colloidale bismuth subcitrate (CBS) is induced at µM-concentration, whereas growth inhibition takes place by exposure of the methylated bismuth species like mono- (MMBI), dimethyl- (DMBI), and trimethylbismuth (TMBi) already at nM-concentration (TMBi: MIC50 = 30 nM) .
The toxicity increases with increasing number of methyl groups in the order MMBI<DMBI<TMBi. The exposure of TMBi or CBS leads to an irreversible growth inhibition, whereas the partially methylated bismuth derivatives causes reversible growth inhibition, probably due to their lesser stability.
For studying the molecular background of this growth inhibition, we compared several biochemical constituents in the absence and presence of TMBi such as the lipid composition of the cell membranes, as well the composition of the proteins and transcripts. It has been shown that the influence of TMBi to B. thetaiotaomicron may causes a multifactorial disorder, which induces the changed growth behavior. Thus, the transcription of lipid biosynthesis, polysaccharide biosynthesis and cell wall biogenesis is in the presence of TMBi strikingly reduced. On the contrary, genes which are obviously involved in processes, which catalyses recombination of DNA are preferentially expressed and therefore indicate that damaged DNA could occur upon the addition of TMBi, which must be subsequently exchanged.
Finally, the apparently TMBi- modified putative chaperone Skp, which has an important influence on the composition of the outer membrane and therefore disturb its function, could be the main cause for the reduced growth of B. thetaiotaomicron upon addition of TMBi.
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