Eisenreich W. Project

Center of Isotopologue Profiling

A key technology for the analysis of metabolism is based on labelling experiments with stable isotopes (e.g. 13C) under controlled conditions (“metabolic flux analysis”, “fluxomics”). The technique (in modified form) can also be used for the study of metabolic reactions in pathogenic microorganisms grown under quasi-physiological (i.e. very complex) and medicinally relevant conditions. With many examples, it could be shown that isotopologue profiling enables unique insights into the carbon metabolism of pathogenic bacteria and their hosts. Within the framework of the bio-analytical platform “Center of Isotopologue profiling” (Z-project in the SPP-1316), the technology is made available to more than 15 groups. New tools in isotopologue profiling are optimized and exploited for the detailed analysis of the metabolic interaction between host and their pathogens. This will also include the analysis of 15N- or 15N/13C-labelled metabolites in order to explore the N-metabolism.

Eine Schlüsseltechnologie zum Verständnis von Stoffwechselvorgängen ist die Flussanalyse mittels stabiler Isotope (in der Regel 13C) unter kontrollierten Bedingungen („Fluxomics“). Basierend auf der Beobachtung von Isotopologverteilungen in Aminosäuren und anderen Metaboliten können mittels dieser Technologie (in angepasster Form) auch Stoffwechselprozesse in pathogenen Mikroorganismen unter quasi-physiologischen (in der Regel sehr komplexen) und medizinisch-relevanten Bedingungen untersucht werden. Anhand zahlreicher Projekte konnte inzwischen dokumentiert werden, dass „Isotopologue Profiling“ einzigartige Einblicke in den Kohlenstoffwechsel pathogener Bakterien im Wechselspiel mit den jeweiligen Wirtsorganismen erlaubt. Im Rahmen der im SPP-1316 verankerten bioanalytischen Plattform („Center of Isotopologue Profiling“) wird diese Technik derzeit mehr als 15 Gruppen zur Verfügung gestellt und in Kooperationen erfolgreich angewendet. Die in der ersten Runde des Schwerpunkts etablierten und eingesetzten Methoden werden in vollem Umfang allen Mitgliedern des SPP zur Verfügung gestellt. Auch neue Analysenverfahren werden optimiert und angeboten, beispielsweise zur genaueren Bestimmung der Topologie von Stoffwechselflüssen zwischen Wirt und Bakterium. Erstmalig wird auch der N-Stoffwechsel mittels 15N-, bzw. 15N/13C-Markierungen einbezogen.

Mitarbeiter:

PD Dr. Wolfgang Eisenreich (PI)
Dr. Claudia Huber, Postdoc
Birgit Lange, Laborantin
Christine Schwarz, Technische Angestellte
Erika Kutzner, Doktorandin

Publikationen:
2013

• Eisenreich W, Huber C, Kutzner E, Knispel N, Schramek N. Isotopologue Profiling – Towards a better understanding of metabolic pathways. In The Handbook of Plant Metabolomics, Wiley VCH, in press.
• Heuner K, Eisenreich W. The intracellular metabolism of legionella by isotopologue profiling.  Methods Mol Biol. 954, 163-181.

2012

• Eylert E, Bacher A, Eisenreich W. NMR-based isotopologue profiling of microbial carotenoids. Methods Mol Biol. 892, 315-333.
• Härtel T, Eylert E, Schulz C, Petruschka L, Gierok P, Grubmüller S, Lalk M, Eisenreich W, Hammerschmidt S. Characterization of central carbon metabolism of Streptococcus pneumoniae by isotopologue profiling. J Biol Chem. 287, 4260-4274.
• Willenborg J, Koczula A, Huber C, Keil B, Eisenreich W, Valentin-Weigand P, Goethe R.  Analysis of the carbon metabolism and amino acid biosynthesis of Streptococcus suis.  Int. J. Med. Microbiol., 302, 75.
• Kriegeskorte A, Grubmüller S, Kahl B, von Eiff C, Proctor RA, Peters G, Eisenreich W, Becker K.  Comprehensive investigation of the metabolism of Staphylococcus aureus comparing normal and small colony-variant (SCV) phenotypes. Int. J. Med. Microbiol., 302, 135.
• Schunder E, Gillmaier N, Herrmann V, Eisenreich W, Lautner M, Heuner K. Investigation of Legionella pneumophila metabolism via C-13-isotopologue profiling. Int. J. Med. Microbiol., 302, 85.

2011

• Schatschneider S, Vorhölter FJ, Rückert C, Becker A, Eisenreich W, Pühler A, Niehaus K. Genome-enabled determination of amino acid biosynthesis in Xanthomonas campestris pv. campestris and identification of biosynthetic pathways for alanine, glycine, and isoleucine by 13C-isotopologue profiling.Mol Genet Genomics. 286, 247-259.
• Herrmann V, Eidner A, Rydzewski K, Blädel I, Jules M, Buchrieser C, Eisenreich W, Heuner K. GamA is a eukaryotic-like glucoamylase responsible for glycogen- and starch-degrading activity of Legionella pneumophila. Int J Med Microbiol. 301, 133-139.
• Härtel T, Schulz C, Eylert E, Grubmüller S, Eisenreich W, Hammerschmidt S.Amino acid metabolism in Streptococcus pneumoniae as analyzed by C-13-isotopologue profiling. Int J Med Microbiol. 301, 90.
• Polzin S, Elsenhans I, Eisenreich W, Schmidt H. Differential proteomic expression of enterohemorrhagic E. coli O157:H7 EDL933 in vitro. Int J Med Microbiol. 301, 60.
• Popp J, Dandekar T, Eisenreich W. Metabolism of intracellular Salmonella enterica: One lifestyle in intracellular infections. Int J Med Microbiol. 301, 76.

2010

• Götz A, Eylert E, Eisenreich W, Goebel W. Carbon metabolism of enterobacterial human pathogens growing in epithelial colorectal adenocarcinoma (Caco-2) cells. PLoS One. 5, e10586.
• Eisenreich W, Dandekar T, Heesemann J, Goebel W. Carbon metabolism of intracellular bacterial pathogens and possible links to virulence. Nat Rev Microbiol. 8, 401-412.
• Eylert E, Herrmann V, Jules M, Gillmaier N, Lautner M, Buchrieser C, Eisenreich W, Heuner K. Isotopologue profiling of Legionella pneumophila: role of serine and glucose as carbon substrates.J Biol Chem. 285, 22232-22243.

2009

• Schmid A, Neumayer W, Trülzsch K, Israel L, Imhof A, Roessle M, Sauer G, Richter S, Lauw S, Eylert E, Eisenreich W, Heesemann J, Wilharm G. Cross-talk between type three secretion system and metabolism in Yersinia. J Biol Chem. 284, 12165-12177.

2008

• E. Eylert, J. Schär, S. Mertins, R. Stoll, A. Bacher, W. Goebel and W. Eisenreich Carbon metabolism of Listeria monocytogenes growing inside macrophages. Mol. Microbiol. 69, 1008-1017.
• Herrmann V, Eylert E, Eisenreich W, Heuner K. The intracellular metabolism of Legionella pneumophila and ist regulation. Int. J. Med. Microbiol. 298, 65.