Intern
    SPP1316 - Host-adapted Metabolism of Bacterial Pathogens (2008-2017)

    Fuchs TM Listeria Project

    Host adapted N-metabolism of Listeria monocytogenes

    English:

    L. monocytogenes is a facultative intracellular human pathogen which 13C isotopologue profiling analysis (IPA) has been applied to within the 1st period of the priority program 1316 with a focus on carbon metabolism during replication in macrophages and epithelial cells. For the 2nd funding period, we will study the in vivo nitrogen (N) metabolism of this Gram-positive model organism. Specifically, main nitrogen source(s) will be identified, and the pathways of N-metabolism including the fate of the respective carbon backbones after deamination will be studied. The results are expected to improve our understanding of the listerial N metabolism during its adaptation to host niches. By the analytical and microbiological tools and expertise of our groups, three central questions will be addressed: (i) What are the N-sources for L. monocytogenes during infection of macrophages and of Caenorhabditis elegans? (ii) How are these sources degraded and utilized in the central metabolism of L. monocytogenes? (iii) Which gene deletions specifically interrupt these metabolic fluxes?


    By quantitative magnetic resonance (NMR) spectroscopy and mass spectrometry (MS), metabolic fluxes from substrates to listeriae will be determined in vitro. This approach will be extended to infection experiments with macrophages and nematodes in the presence of 15N- and 15N/13C-doubly labeled compounds. 15N/13C-prelabeled cells or nematodes will be infected to determine the metabolic pathways and fluxes from the host to the bacterium under these conditions. IPA will be applied to selected mutants of L. monocytogenes from the 1st funding period or those defective in the utilization of ethanolamine and other N-sources.

    German:
    L. monocytogenes ist ein fakultativ intrazelluläres Humanpathogen,  dessen Kohlenstoff-(C-) Metabolismus in Makrophagen und Epithelzellen während der 1. Förderperiode des SPP 1316 durch Experimente mit 13C-Substraten untersucht wurde. Für die 2. Periode wenden wir uns der Untersuchung des Stickstoff- (N-) Metabolismus dieses Gram-positiven Modellorganismus zu. Insbesondere wollen wir die Haupt-N-Quellen identifizieren und deren Fluss einschließlich der C-Gerüste analysieren, um das Verständnis des listeriellen Metabolismus in Anpassung an Wirtsnischen zu verbessern. Zentrale Fragen, die mittels der analytischen und mikrobiologischen Methoden und Expertise beider Gruppen beantwortet werden sollen, lauten: (i) Welches sind die N-Quellen für L. monocytogenes während einer Infektion von Makrophagen oder von Caenorhabditis elegans? (ii) Wie werden diese Substrate verwertet und im zentralen Stoffwechsel von L. monocytogenes eingebaut (iii) Welche Gendeletionen unterbrechen spezifisch diese metabolischen Flüsse?


    Durch quantitative kernmagnetische Resonanzspektroskopie (NMR) und Massenspektrometrie (MS) soll der Fluss von N-Substraten unter in vitro Bedingungen festgestellt werden. NMR und MS wird auf Infektionsexperimente mit Makrophagen und C. elegans in Gegenwart von 15N-und 15N/13C-doppeltmarkierten Substraten ausgedehnt. Ebenso werden 15N/13C markierte Zellen oder Nematoden mit L. monocytogenes infiziert, um die metabolischen Flüsse vom Wirt zum Bakterium unter diesen Bedingungen zu bestimmen. Die Erstellung der Isotopologen-Profile wird auf ausgewählte Listeria-Mutanten aus der 1. Förderperiode und Mutanten im N-Metabolismus (z.B. eingeschränkt in der Verwertung von Ethanolamin) ausgeweitet.

    Mitarbeiter:
    Prof. Dr. Thilo Fuchs (PI)
    PD Dr. Wolfgang Eisenreich (PI)
    Tanja Kern (Doktorandin)
    Erika Kutzner (Doktorandin)
    Dr. Claudia Huber (Post-Doc)
    Birgit Lange (Laborantin)

    Publications in 2012:

    Fuchs, T. M., Kern, T., Eisenreich, W., and Dandekar, T. (2012). Towards a systemic understanding of Listeria monocytogenes metabolism during infection. Frontiers in Microbiology 3, Article 23.

    Madeo, M., O’Riordan, N., Fuchs, T. M., Utratna, M., Karatzas, K.-A., and O’Byrne, C (2012). Thiamine plays a critical role in the acid tolerance of Listeria monocytogenes. FEMS Microbiology Letters 326: 137-143.

    Fuchs, T. M., Eisenreich, W., Heesemann, J., and W. Goebel (2012). Metabolic adaptation of human pathogenic and related non-pathogenic bacteria to extra- and intracellular habitats. FEMS Reviews Microbiology 36, 435-462.