Die Beeinflussung der Aminosäuresequenz des serinhaltigen Mureins von Staphylococcus epidermidis Stamm 24 durch die Nährbodenzusammensetzung

Summary

The murein (peptidoglycan) of S. epidermidis strain 24 contains Mur GlcNH₂, Ala, Glu, Lys, Gly, Ser at a molar ratio of about 1:1:2.4:1:1:4.2:0.6 when grown in a yeast extract dextrose medium. Glutamic acid occurs as an amide.

The amino acid sequence was determined by analysing the oligopeptides from partial acid hydrolysate. The tetrapeptide bound to the muramic acid (l-Ala-d-Glu-NH₂-l-Lys-d-Ala) is identical with those found in S. aureus and S. epidermidis strain 66. About 1/3 of the muropeptides is still present as pentapeptides, since the second d-alanine of the muramyl pentapeptide precursor is not split off. This fact is indicated by the ratio of l-Ala/d-Ala of 1:1.3, the isolation of muropentapeptides from the lysozyme lysates and by the result of the hydrazinolysis.

About 50% of the pentaglycine interpeptide chains contain one mole of l-serine. The exact position of l-serine could not be determined. However, it could be shown, that serine is never bound to the ɛ-amino group of lysine. In very rare cases, the ɛ-amino group of lysine is substituted by l-alanine which remains N-terminal and can not be used for crosslinkages.

As shown by dinitrophenylation, about 3.5% of the ɛ-amino groups of lysine is free and about 50% of the interpeptide chains are not cross-linked.

If the organism is grown in a glycine deficient minimal medium, the glycine content of the murein drops by 40%, while l-alanine increases. Here, about 15% of the ɛ-amino groups of lysine is substituted by l-alanine, which again is not used for cross-linkages. Another 35% of the ɛ-amino groups of lysine remain free. From the existing interpeptide chains 30% are not cross-linked.

The addition of glycine to the minimal medium causes an increase of the glycine content in the murein, however, the extra alanine protion nearly disappears. The addition of serine leads to an increase of not only the serine portion but also the glycine portion in the murein. However, when alanine is added the alanine portion of murein is slightly increased and the glycine portion further decreased.

The results of these experiments were compared to corresponding preliminary experiments with S. epidermidis (strain 66) and S. aureus (strain Copenhagen). In spite of modificative changes in the murein composition, clear genetical differences between the 3 strains were obvious.

Zusammenfassung

Beim Wachstum von S. epidermidis, Stamm 24, in Hefe-Dextrose-Bouillon weist das Murein folgende Molverhältnisse auf (auf- bzw. abgerundete Zahlen): Mur-GlcNH₂:Ala:Glu:Lys:Gly:Ser=1:1:2,4:1:1:4,2:0,6. Die Glutaminsäure ist amidiert.

Durch Isolierung und Identifizierung der Peptide des Partialhydrolysates des Mureins wurde die Aminosäuresequenz bestimmt. Die an die Muraminsäure gebundene Peptiduntereinheit (l-Ala-d-GluNH₂ ^γ-l-Lys-d-Ala) stimmt mit der von S. aureus, Copenhagen bzw. S. epidermidis, Stamm 66, überein. Bei knapp einem Drittel der Peptiduntereinheiten ist das C-terminale d-Alanin der Mureinvorstufe nicht abgespalten, so daß diese noch als Pentapeptide vorliegen. Dies konnte aus dem Verhältnis l-Ala/d-Ala (1:1,3), dem Ergebnis der Hydrazinolyse und der Isolierung der Muropeptide nach Spaltung der Zellwände mit Lysozym geschlossen werden.

Bei etwa der Hälfte aller aus 5 Glycinresten aufgebauten Interpeptidketten ist ein Glycinrest durch l-Serin ersetzt. Die genaue Position des Serins konnte nicht bestimmt werden. Serin ist sicher nicht direkt an die ɛ-Aminogruppe des Lysins gebunden.

In selteneren Fällen kann Lysin mit l-Alanin substituiert sein, das N-terminal vorliegt und nicht der Quervernetzung dient.

Die Dinitrophenylierung des Mureins ergab, daß in etwa 3,5% der Fälle die Interpeptidketten fehlen und rund ein Drittel der Interpeptidketten nicht quervernetzt ist.

Bei Wachstum in einem halbsynthetischen, glycinarmen Medium (Minimal, medium) nimmt der Glycinanteil des Mureins um rund 40% ab, während l-Alanin zunimmt. Es konnte gezeigt werden, daß rund 15% des Mureins ein an die ɛ-Amino-gruppe des Lysins gebundenes l-Alanin enthalten, das aber im Unterschied zu S. epidermidis, Stamm 66, nicht mit Glycin substituiert ist, sondern N-terminal bleibt und nicht zur Quervernetzung benützt werden kann. Weiterhin liegen hier rund 35% des Lysins unsubstituiert vor, und nur etwa 50% der Peptiduntereinheiten weisen eine Pentaglycyl-Interpeptidkette auf. Die Quervernetzung des Mureins ist bei den in Minimalmedium gewachsenen Zellen nur zu rund 30% durchgeführt. Bei Zusatz von Glycin zum Minimal-Nährboden wird der Glycingehalt im Murein erhöht, während der “extra” Alaninanteil praktisch verschwindet. Serinzusatz erhöht nicht nur den Serin-, sondern auch den Glycinanteil. Bei Alaninzusatz dagegen wird der Alaningehalt im Murein etwas erhöht und der Glycingehalt weiter erniedrigt.

Die Ergebnisse dieser Untersuchungen wurden mit entsprechenden, vorläufigen Versuchen bei S. epidermidis, Stamm 66 und S. aureus, Stamm Copenhagen, verglichen. Es zeigt sich, daß trotz starker modifikativer Veränderungen der Mureinzusammensetzung eindeutige genetische Unterschiede zwischen diesen drei Stämmen vorliegen.