Autoregulation of Lactose Transport and Metabolism in Streptococcus thermophilus

Autoregulation of Lactose Transport and Metabolism in Streptococcus thermophilus

Cover: Completing the puzzle that expresses the key role of the Phosphorylation in regulating the lactose transport and metabolism in Streptococcus thermophilus. Cover design: Marga Gunnewijk The study described in this thesis was carried out in the Molecular Microbiology Group of the Groningen Biomolecular Sciences and Biotechnology Institute (GBB) of the University of Groningen, The Netherlands, and supported by a grant from the Dutch Organization for Scientific Research (NWO) under the auspices of the Dutch Foundation for Life Sciences (ALW). Printed by PrintPartners Ipskamp, Enschede

RIJKSUNIVERSITEIT GRONINGEN AUTOREGULATION OF LACTOSE TRANSPORT AND METABOLISM IN STREPTOCOCCUS THERMOPHILUS Proefschrift ter verkrijging van het doctoraat in de Wiskunde en Natuurwetenschappen aan de Rijksuniversiteit Groningen op gezag van de Rector Magnificus, dr. D.F.J. Bosscher, in het openbaar te verdedigen op vrijdag 24 november 2000 om 16.00 uur door Maria Gerarda Wilhelmina Gunnewijk geboren op 23 oktober 1970 te Winschoten

iv Promotores: Prof. Dr. B. Poolman Prof. Dr. W.N. Konings Beoordelingscommissie: Prof. Dr. A.J.M. Driessen Prof. Dr. O.P. Kuipers Prof. Dr. G.T. Robillard ISBN: 90-367-1315-3

v. Voorwoord Groningen, 20 september 2000 Een promotieonderzoek zou je kunnen vergelijken met het oplossen van een puzzel. In het begin is de doelstelling duidelijk, maar al snel wordt het puzzelen met het onbekende. Welke puzzelstukjes passen goed aan elkaar en welke ontbreken er nog? Nu mijn wetenschappelijke puzzel bijna af is, wil ik graag iedereen bedanken die mij geholpen heeft om de puzzelstukjes te zoeken, ze op de juiste plek te zetten en, zeker niet te vergeten, zij die mij geholpen hebben om door de puzzelstukjes heen de puzzel te blijven zien. Allereerst wil ik mijn promotores Prof. Dr. B. Poolman en Prof. Dr. W.N. Konings bedanken. Bert, bedankt voor je scherpzinnige begeleiding. Je enthousiasme wanneer het onderzoek leuke resultaten opleverde zijn heel belangrijk voor mij geweest. De afgelopen periode, inclusief het schrijven van het proefschrift was voor mij zeer leerzaam. Wil, ik ben blij dat je mij de gelegenheid hebt gegeven om in jouw lab mijn promotieonderzoek uit te voeren. Bedankt voor je vertrouwen in mij en dat ik de beruchte schouderklop ook heb mogen voelen. De goede samenwerking met andere onderzoeksgroepen heeft gezorgd voor een verrijking van mijn onderzoek. Hiervoor gaat mijn dank uit naar Dr. P.W. Postma van het E.C. Slater Instituut aan de Universiteit van Amsterdam. Pieter, de werkbesprekingen in Amsterdam of in het hoge noorden heb ik als erg prettig en zeker nuttig ervaren, deze resulteerden dan ook in twee gezamenlijke publicaties. Tevens wil ik Prof. Dr. O.P. Kuipers en Drs. P.T.C. van den Boogaard van het Nederlands Instituut voor Zuivel Onderzoek (NIZO Food Research Centre) bedanken. Oscar en Patrick, de samenwerking was kort maar krachtig. Onze onderzoeksresultaten vullen elkaar goed aan, ik ben blij dat we hier samen een review over schrijven. De LacS luitjes van in den beginne zaal 233, later 211 en op het allerlaatst 217, wil ik bedanken voor de prettige samenwerking, nuttige discussies en de goede suggesties. Dat jullie met me meedachten is erg belangrijk geweest om de complexe regulatie van LacS te ontrafelen. In het bijzonder wil ik Grietje en Ria hier noemen voor hun bijdrage aan de artikelen. Bedankt voor de experimenten, die jullie voor mij hebben gedaan. Liesbeth en Esther (beide met th), jullie kritische blik en correcties zijn zeer waardevol geweest voor de laatste hoofdstukken. En Eric heel veel succes met het verdere regulatie werk. Dan is er een grote groep collega s binnen heel Microbiologie, die in de afgelopen periode ervoor zorgden dat het lab excellent draaide en dat de (werk)sfeer fantastisch was. Jullie allen wil ik bedanken voor jullie (onzin) verhalen, humor, advies en medeleven tijdens de koffie, in de keuken, in het secretariaat, in de wandelgang, of waar dan ook. Maar vooral voor jullie gezelligheid tijdens de borrels ( wilde borrels of die van de beste feestcommissie ooit!), feestjes, (stap)avondjes (met of zonder fietssleuteltje of Margaritha s), (uit)etentjes, (zeil)uitjes, Lauwersloop en andere sportieve uitspattingen (badminton, het ochtend-zwemmen, squashen, volleyballen (in den beginne) en zelfs het voetballen). Bedankt! Een aantal mensen wil ik nog even met name noemen. Marleen, Mike, Frank, Dirk, Erik en Jack, met jullie had ik het gevoel dat we in hetzelfde schuitje zaten. De leuke AIO uitjes maar ook de bekende AIO frustraties en alle sollicitatie-perikelen hebben we samen gedeeld. Esther, Liesbeth, Tiemen en Bert (hij die ook luistert naar de naam Brutus) wil ik speciaal bedanken. Met jullie was het altijd erg gezellig zowel in als buiten het lab. Het pipeteren werd nooit saai, er was altijd wel een (onzin) verhaal of een gebeurtenis met of zonder de radio aan. Dat jullie samen met mij hebben gejuicht na een goed resultaat of gebaald bij een slechte is voor mij erg belangrijk geweest. Geweldig dat jullie er waren.

vi Buiten het lab waren er gelukkig veel vrienden die zorgden voor de nodige afleiding en leuke gebeurtenissen. In het bijzonder wil ik noemen Astrid, Carola, Francis, Kim, Yolanda, Edwin, Astrid, Mirjam, Jeroen, Ester en Theo, bedankt voor jullie gezelligheid tijdens diverse weekendjes, (stap)avondjes, etentjes (wel of niet ergens halverwege), feestjes, vakanties, thuis in de St. Jansstraat en voor de chokies. Mijn familie en die van Rolf, jullie wil ik graag bedanken voor jullie steun, medeleven en interesse in mijn promotieonderzoek. In het bijzonder pa en ma, bedankt voor het doorzettingsvermogen, dat ik van huis uit heb meegekregen en dat zeker noodzakelijk is geweest om mijn promotieonderzoek goed af te ronden. Mijn paranimfen Bea en Erik. Jullie ken ik al heel lang, Erik, omdat je mijn broer(tje) bent, al mijn hele leven lang en Bea vanaf de eerste klas lagere school. Hierdoor hebben we veel samen meegemaakt en kon ik altijd op jullie rekenen. Dit was ook zeker het geval in de periode van mijn promotieonderzoek. Daarom ben ik heel blij dat jullie 24 november mijn paranimfen willen zijn en ik hoop dat jullie dit ook altijd zullen blijven. Lieve Rolf, bedankt voor je grote steun en liefde en dat je al dat geduld kon opbrengen als ik weer eens veel later thuis kwam omdat het toch weer tegen zat of dat ik opnieuw weer een experimentje wilde doen. Jouw bijdrage aan dit boekje is dan ook nauwelijks te beschrijven. Hiervoor bedankt en voor al het andere.

vii. CONTENTS Page Chapter 1 General Introduction 1 Chapter 2 Phosphorylation and Functional Properties of the IIA Domain of 27 the Lactose Transport Protein of Streptococcus thermophilus Chapter 3 Phosphorylation State of HPr determines the Level of Expression 43 and the Extent of Phosphorylation of the Lactose Transport Protein of Streptococcus thermophilus Chapter 4 HPr(His~P)-mediated Phosphorylation Differently affects 57 Counterflow and Proton Motive Force-Driven Uptake via the Lactose Transport Protein of Streptococcus thermophilus Chapter 5 Hierarchical Control versus Autoregulation of Carbohydrate 69 Utilization in Bacteria Chapter 6 Summary 85 Chapter 7 Nederlandse Samenvatting 89 References 99 Appendix Multiple-sequence alignment of protein(s) domains that are homologous to the PTS IIA Glc protein of E. coli. 111 List of publications 114