@article{PiselliBenz2021,
  author    = {Piselli, Claudio and Benz, Roland},
  title     = {Fosmidomycin transport through the phosphate-specific porins OprO and OprP of Pseudomonas aeruginosa},
  series = {Molecular Microbiology},
  volume    = {116},
  journal   = {Molecular Microbiology},
  number    = {1},
  doi       = {10.1111/mmi.14693},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-238905},
  pages     = {97 -- 108},
  year      = {2021},
  abstract  = {The Gram-negative bacterium Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic pathogen, responsible for many hospital-acquired infections. The bacterium is quite resistant toward many antibiotics, in particular because of the fine-tuned permeability of its outer membrane (OM). General diffusion outer membrane pores are quite rare in this organism. Instead, its OM contains many substrate-specific porins. Their expression is varying according to growth conditions and virulence. Phosphate limitations, as well as pathogenicity factors, result in the induction of the two mono- and polyphosphate-specific porins, OprP and OprO, respectively, together with an inner membrane uptake mechanism and a periplasmic binding protein. These outer membrane channels could serve as outer membrane pathways for the uptake of phosphonates. Among them are not only herbicides, but also potent antibiotics, such as fosfomycin and fosmidomycin. In this study, we investigated the interaction between OprP and OprO and fosmidomycin in detail. We could demonstrate that fosmidomycin is able to bind to the phosphate-specific binding site inside the two porins. The inhibition of chloride conductance of OprP and OprO by fosmidomycin is considerably less than that of phosphate or diphosphate, but it can be measured in titration experiments of chloride conductance and also in single-channel experiments. The results suggest that fosmidomycin transport across the OM of P. aeruginosa occurs through OprP and OprO. Our data with the ones already known in the literature show that phosphonic acid-containing antibiotics are in general good candidates to treat the infections of P. aeruginosa at the very beginning through a favorable OM transport system.},
  language  = {en}
}
@article{AbdaliYounasMafakherietal.2018,
  author    = {Abdali, Narges and Younas, Farhan and Mafakheri, Samaneh and Pothula, Karunakar R. and Kleinekath{\"o}fer, Ulrich and Tauch, Andreas and Benz, Roland},
  title     = {Identification and characterization of smallest pore-forming protein in the cell wall of pathogenic Corynebacterium urealyticum DSM 7109},
  series = {BMC Biochemistry},
  volume    = {19},
  journal   = {BMC Biochemistry},
  doi       = {10.1186/s12858-018-0093-9},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-226959},
  year      = {2018},
  abstract  = {Background: Corynebacterium urealyticum, a pathogenic, multidrug resistant member of the mycolata, is known as causative agent of urinary tract infections although it is a bacterium of the skin flora. This pathogenic bacterium shares with the mycolata the property of having an unusual cell envelope composition and architecture, typical for the genus Corynebacterium. The cell wall of members of the mycolata contains channel-forming proteins for the uptake of solutes. Results: In this study, we provide novel information on the identification and characterization of a pore-forming protein in the cell wall of C. urealyticum DSM 7109. Detergent extracts of whole C. urealyticum cultures formed in lipid bilayer membranes slightly cation-selective pores with a single-channel conductance of 1.75 nS in 1 M KCl. Experiments with different salts and non-electrolytes suggested that the cell wall pore of C. urealyticum is wide and water-filled and has a diameter of about 1.8 nm. Molecular modelling and dynamics has been performed to obtain a model of the pore. For the search of the gene coding for the cell wall pore of C. urealyticum we looked in the known genome of C. urealyticum for a similar chromosomal localization of the porin gene to known porH and porA genes of other Corynebacterium strains. Three genes are located between the genes coding for GroEL2 and polyphosphate kinase (PKK2). Two of the genes (cur_1714 and cur_1715) were expressed in different constructs in C. glutamicum Delta porA Delta porH and in porin-deficient BL21 DE3 Omp8 E. coli strains. The results suggested that the gene cur_1714 codes alone for the cell wall channel. The cell wall porin of C. urealyticum termed PorACur was purified to homogeneity using different biochemical methods and had an apparent molecular mass of about 4 kDa on tricine-containing sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE). Conclusions: Biophysical characterization of the purified protein (PorACur) suggested indeed that cur_1714 is the gene coding for the pore-forming protein in C. urealyticum because the protein formed in lipid bilayer experiments the same pores as the detergent extract of whole cells. The study is the first report of a cell wall channel in the pathogenic C. urealyticum.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Thein2009,
  author    = {Thein, Marcus},
  title     = {Porins of Lyme Disease and Relapsing Fever Spirochetes},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-35158},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {Die Gattung Borrelia geh{\"o}rt zur Abteilung der Spiroch{\"a}ten, einem alten Zweig der Bakteriendom{\"a}ne, der nur entfernt mit Gram-negativen Bakterien verwandt ist. S{\"a}mtliche Arten dieser Gattung sind obligate Parasiten. Borrelien k{\"o}nnen in die Erreger zweier humaner Krankheiten eingeteilt werden: die Lyme-Borreliose und das R{\"u}ckfallfieber. Borrelien besitzen mit 0.91 Mb ein sehr kleines Chromosom und sind daher in ihren metabolischen F{\"a}higkeiten eingeschr{\"a}nkt. Folglich ist das {\"U}berleben s{\"a}mtlicher Borrelienarten absolut abh{\"a}ngig von N{\"a}hrstoffen, die von ihren Wirten bereitgestellt werden. Der Transport dieser N{\"a}hrstoffe und anderer Molek{\"u}le {\"u}ber die {\"a}ußere Membran wird durch porenformende Proteine, so genannte Porine erm{\"o}glicht. Porine sind wassergef{\"u}llte Kan{\"a}le, die in zwei Klassen unterteilt werden k{\"o}nnen: allgemeine Diffusionsporen und substratspezifische Porine. Aus dem Lyme-Borreliose Erreger Borrelia burgdorferi wurden bisher drei mutmaßliche Porine charakterisiert und beschrieben: P13, Oms28 und P66. Demgegen{\"u}ber sind die Kenntnisse {\"u}ber Porine in R{\"u}ckfallfieberarten rudiment{\"a}r und es wurde bisher noch kein einziges Porin f{\"u}r Vertreter dieser Krankheit identifiziert. Unter Ber{\"u}cksichtigung dieses Hintergrunds war die allgemeine Zielsetzung dieser Arbeit, einen Einblick in die Porinzusammensetzung von sowohl Lyme Borreliose- als auch R{\"u}ckfallfieber-Spiroch{\"a}ten zu erlangen. Dieses Ziel konnte erreicht werden, indem Porine aus den Außenmembranen von Borrelien isoliert und identifiziert wurden und anschließend biophysikalisch in k{\"u}nstlichen Lipidmembranen charakterisiert wurden. Ein Kapitel dieser Arbeit beschreibt die Identifizierung und Charakterisierung des ersten Porins aus R{\"u}ckfallfiebererregern. Das porenformende Protein wurde aus den Außenmembranen von Borrelia duttonii, Borrelia hermsii und Borrelia recurrentis isoliert und Oms38 genannt, f{\"u}r „outer membrane-spanning protein of 38 kDa". Die biophysikalische Charakterisierung mit der „black lipid bilayer" Methode zeigte, dass Oms38 kleine, wassergef{\"u}llte Kan{\"a}le mit einer Einzelkanalleitf{\"a}higkeit von 80 pS in 1 M KCl bildet. Diese Kan{\"a}le sind nicht spannungsabh{\"a}ngig und leicht selektiv f{\"u}r Anionen mit einem Permeabilit{\"a}tsverh{\"a}ltnis von Kationen zu Anionen von 0,41 in KCl. Ein homologes Protein zu Oms38 wurde in den Lyme Borreliose Erregern Borrelia burgdorferi, Borrelia garinii und Borrelia afzelii identifiziert. Das porenformende Protein dieser Arten weist eine hohe Sequenzhomologie zu Oms38 auf und zeigt {\"a}hnliche biophysikalische Eigenschaften, das heißt es formt Poren von 50 pS in 1 M KCl. Durch Titrationsexperimente konnte gezeigt werden, dass die Pore teilweise durch Dicarboxylate blockiert werden kann. Eine Auswertung dieser Versuche legte nahe, dass dieses Protein keine allgemeine Diffusionspore darstellt, sondern einen Kanal mit einer spezifischen Bindestelle f{\"u}r diese Komponenten. Daher wurde dieses Porin DipA genannt, was f{\"u}r „dicarboxylate-specific porin A" steht. In einer anderen Versuchsreihe wurde gezeigt, dass das Porin P66 sowohl in Lyme Borreliose Erregern als auch in R{\"u}ckfallfieberarten vorhanden ist. Hierf{\"u}r wurden die Außenmembranen der Lyme Borreliose Erreger Borrelia burgdorferi, Borrelia afzelii und Borrelia garinii und der R{\"u}ckfallfieberarten Borrelia duttonii, Borrelia recurrentis und Borrelia hermsii genauer untersucht. Mit Ausnahme des P66 Homologs von Borrelia hermsii rekonstituierten P66 Proteine aus allen Arten sehr aktiv in k{\"u}nstliche Membranen und formten Poren zwischen 9 und 11 nS in 1 M KCl. Die biophysikalischen Eigenschaften der Homologe wurden in Experimenten mit „black lipid bilayer" Membranen ausf{\"u}hrlich verglichen. Des Weiteren wurden Porendurchmesser und Konstitution des Borrelia burgdorferi Porins P66 genau untersucht. Hierf{\"u}r wurde die P66 Einzelkanalleitf{\"a}higkeit in Anwesenheit von verschiedenen Nichtelektrolyten in k{\"u}nstlichen Lipidmembranen analysiert. Der effektive Durchmesser des P66 Wasserlumens wurde auf ~1.9 nm bestimmt. Dar{\"u}ber hinaus konnte P66 mit bestimmten Nichtelektrolyten wie PEG 400, PEG 600 und Maltohexaose blockiert werden. Weitere Blockierungsexperimente auf Einzelkanalebene deckten sieben Unterzust{\"a}nde von P66 auf, die auf ein P66 Heptamer schließen ließen. Dieser heptamere Charakter konnte durch Blue native PAGE Analysen best{\"a}tigt werden. Zusammenfassend beschreibt diese Dissertation detaillierte biochemische und biophysikalische Untersuchungen von Porinen aus sowohl Lyme Borreliose- als auch R{\"u}ckfallfieber-Borrelien. Erkenntnisse aus dieser Arbeit bringen das Verstehen der N{\"a}hrstoffaufnahme {\"u}ber Außenmembranen dieser streng wirtsabh{\"a}ngigen, pathogenen Spiroch{\"a}ten einen großen Schritt vorw{\"a}rts. Ein fundiertes Wissen {\"u}ber oberfl{\"a}chenexponierte Proteine wie Porine ist Vorraussetzung f{\"u}r die Herstellung erfolgreicher Impfstoffe und Therapeutika gegen die von Borrelien verursachten Krankheiten.},
  subject      = {Porin},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Barth2008,
  author    = {Barth, Enrico},
  title     = {Study of the properties of channel-forming proteins of the cell walls of different Corynebacteriae},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-36325},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2008},
  abstract  = {Die Gattung Corynebacterium geh{\"o}rt, neben Mycobacterium, Nocardia, Rhodococcus und weiteren nahverwandten Gattungen, dem unverwechselbaren, gattungs{\"u}bergreifenden Taxon Mycolata an. Viele Spezies aus dieser heterogenen Gruppe Mycols{\"a}ure-haltiger Actinomyceten sind entweder aufgrund ihrer medizinischen oder ihrer biotechnologischen Bedeutung bekannt. Beispielsweise z{\"a}hlen Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium leprae, Corynebacterium diphtheriae und Nocardia farcinica, welche weltweit Verursacher besonders gef{\"a}hrlicher bakterieller Infektionskrankheiten sind, zu dieser ungew{\"o}hnlichen Gruppe Gram-positiver Bakterien. Ebenso bedeutsam sind einige apathogene Mycolata-Arten, die industrielle Anwendung finden. Corynebacterium glutamicum und Corynebacterium efficiens sind leistungsf{\"a}hige Bakterien, die zum Beispiel in der Produktion des Geschmacksverst{\"a}rkers Glutamat und des Tierfuttermittelzusatzes Lysin eingesetzt werden, w{\"a}hrend verschiedene Rhodococcus Spezies Anwendung bei der Herstellung von Acryls{\"a}uren finden. Die Zellwand der Mycolata zeigt, verglichen mit der klassischer Gram-positiver Bakterien, eine außergew{\"o}hnliche Zusammensetzung und Struktur auf. Abgesehen von einem Arabinogalactan-Peptidoglycan-Komplex enth{\"a}lt die Zellwand der meisten Actinomyceten einen hohen Anteil an Mycols{\"a}uren. Diese langkettigen, verzweigten Fetts{\"a}uren formen eine, mit der {\"a}ußeren Membran Gram-negativer Bakterien vergleichbare, stark undurchl{\"a}ssige, hydrophobe {\"a}ußere H{\"u}lle, welche die Grundlage der außergew{\"o}hnlichen Medikamentenresistenz bei den Mycolata bildet. Wie die {\"a}ußere Membran Gram-negativer Bakterien enth{\"a}lt die Zellwand der Mycolata porenformende Proteine, die den Durchlass hydrophiler Substanzen gestatten. Indem sie eine Verbindung zwischen dem Zellinneren und der Umwelt, in der das Bakterium lebt, schaffen und einen kontrollierten Austausch zwischen beiden erm{\"o}glichen, tragen die Kanalproteine entscheidend zur Funktion der bakteriellen Zellh{\"u}lle bei. Das Ziel dieser Arbeit war das Wissen {\"u}ber Zellwandkan{\"a}le in Corynebakterien zu erweitern. Deshalb untersuchten wir PorA und PorH Proteine, die basierend auf fr{\"u}heren Studien Zellwandkan{\"a}len in C. glutamicum, C. efficiens und Corynebacterium callunae zugeordnet werden, um ungekl{\"a}rten Fragen nachzugehen und um Wissen {\"u}ber deren Struktur zu erlangen. Ferner inspizierten wir Zellw{\"a}nde pathogener Corynebakterien, genauer gesagt von Corynebacterium diphtheriae und Corynebacterium jeikeium, um herauszufinden, ob diese Spezies wie ihre harmlosen Verwandten Kanalproteine besitzen. In dieser Arbeit wiesen wir mit C. diphtheriae und C. jeikeium in zwei weiteren Corynebacterium-Arten offene, mit Wasser gef{\"u}llte Zellwandkan{\"a}le nach. Des Weiteren stellten wir fest, dass sich die Zellwandkan{\"a}le von C. glutamicum, C. efficiens und C. diphtheriae aus zwei Proteinen zusammensetzen, einem zugeh{\"o}rig zu der Gruppe der PorH Proteine und einem weiteren aus der Gruppe der PorA Proteine. Diese heteromere Struktur von Zellwandkan{\"a}len bei Corynebakterien stellt ein Novum f{\"u}r Zellwandkan{\"a}le bei den Mycolata dar. Indessen besteht der Zellwandkanal von C. jeikeium aus nur einem Protein, CjPorA, angeordnet zu einem Oligomer. Obgleich das Molekulargewicht dieses Proteins (4 kDa) mit dem von PorH und PorA Proteinen vergleichbar ist (5-7 kDa), weißt seine Prim{\"a}rsequenz keine eindeutige Homologie zu diesen auf. Dennoch deutet vieles auf eine Verwandtschaft zwischen CjPorA und PorH/PorA Proteinen hin, da das Gen jk0268, welches f{\"u}r CjPorA kodiert, sich in einer Region des C. jeikeium Chromosoms befindet, die der Genomregion entspricht in welcher die porH/porA Gene der anderen Corynebakterien lokalisiert sind. Dies l{\"a}sst vermuten, dass jk0268 (welches f{\"u}r den homomeren Zellwandkanal in C. jeikeium kodiert) und die porH/porA Gene von C. glutamicum, C. efficiens und C. diphtheriae (die einen heteromeren Zellwandkanal kodieren) wahrscheinlich Nachkommen eines gemeinsamen Vorl{\"a}ufergens sind. Phylogenetische Analysen der Gattung Corynebacterium unterst{\"u}tzen diese Annahme. Desweitern legen sie nahe, dass die hier untersuchten Zellwandkan{\"a}le innerhalb dieser Gattung wahrscheinlich weit verbreitet sind. Ein umfassendes Wissen {\"u}ber Zellwandkan{\"a}le, denen beim Transport gel{\"o}ster Stoffe {\"u}ber die {\"a}ußere Membran in Corynebakterien und anderen Mitgliedern der Mycolata eine entscheidende Rolle zukommt, k{\"o}nnte von großem wirtschaftlichem und medizinischem Nutzen sein.},
  subject      = {Zellwand},
  language  = {en}
}