Hemoproteins of <i>Enterococcus faecalis</i>

Abstract:
The gram-positive bacterium <i>Enterococcus faecalis</i> is a commensal organism, often found in the gut of humans and other animals. It can cause opportunistic disease and it frequently causes nosocomial infections. Treatment of such infections is often impaired by this organisms broad intrinsic and acquired resistance to antibiotics. <i>E. faecalis</i> uses homo-lactic fermentation for energy production. Work done in the 1970’ies indicated that production of cytochromes and respiratory activity occur if the cells are supplied with heme. A decade later, heme-dependent catalase activity was reported.



This thesis describes the identification of a cytochrome <i>bd</i> and a catalase in <i>E. faecalis</i>. These two enzymes are synthesized only if heme is supplied in the growth medium. The cytochrome <i>bd</i> most likely functions as terminal oxidase in an aerobic respiratory chain present in <i>E. faecalis</i> under some conditions. The <i>E. faecalis</i> catalase was overproduced, purified and its major biochemical characteristics were determined. In addition, a catalase-deficient mutant was constructed.



The newly acquired knowledge about the <i>E. faecalis</i> catalase was used to establish an in vivo system for production of artificial hemoproteins. It was demonstrated that <i>E. faecalis</i> cells can take up a variety of heme analogues from the growth medium and integrate them into the cytoplasmic catalase protein.

Popular Abstract in Swedish

Hem är en liten molekyl som förekommer som aktiv grupp i många viktiga proteiner, t.ex. hemoglobin, katalas och cytokromer. De hem-innehållande proteinerna är livsnödvändiga för alla djur och växter, samt många bakterier. Kemiskt sett, är hem en porfyrin (en annan känd porfyrin är klorofyll) som innehåller en järn-jon.



Bakterien <i>Enterococcus faecalis</i> är en vanlig invånare i friska människors och djurs tjocktarm, dock kan den också orsaka svåra sjukdomar. Dessutom är <i>E. faecalis</i> ofta resistent mot vanligt använda antibiotika vilket gör dessa sjukdomar svårbehandlade. <i>E. faecalis</i> är en av ett litet antal kända organismer som inte behöver hem-proteiner för att överleva. Denna bakterie kan inte själv göra hem, men kan ta upp hem från tillväxtmediet för att sedan sätta in det i det färdiga proteinet.



Vi har beskrivit ett cytokrom <i>bd</i> som förekommer i <i>E. faecalis</i> endast när bakterien har tillgång till hem. Cytokrom <i>bd</i> fungerar som terminalt oxidas i bakteriens andningskedja. <i>E. faecalis</i> behöver dock inte sin andningskedja för att överleva, eftersom den också kan använda sig av jäsning för sin energimetabolism. Ytterligare ett protein, katalas, förekommer i <i>E. faecalis</i> endast när det finns hem i tillväxtmediet. Katalas är ett viktig enzym som skyddar cellerna mot fria radikaler. Fria radikaler kan orsaka skador på arvsmassan och därmed ge upphov till cancer. Reaktionsmekanismen för katalas är ganska välkänd, men det finns fortfarande en del oklarheter. Katalas katalyserar nedbrytning av väteperoxid till syrgas och vatten. Vi har renat enzymet från <i>E. faecalis</i>, bestämt dess biologiska och kemiska egenskaper samt tagit fram antikroppar mot proteinet. Vi har också utnyttjat <i>E. faecalis</i> för att tillverka icke-naturligt katalas. Genom att tillföra hem-analoger i tillväxtmediet (molekyler som liknar hem men är lite annorlunda) har vi lyckats tillverka flera olika katalaser, med olika kemiska och biofysikaliska egenskaper. Dessa kan senare t.ex. användas som verktyg för att studera katalasets komplicerade enzymatiska mekanism. Troligen kan också andra hem-innehållande proteiner framställas och modifieras med denna metod, och vi kan på så sätt vinna mer information om viktiga enzymatiska processer, som t.ex. respiration och nedbrytning av läkemedel i vår kropp.