Die Chlorit Dismutase (Cld) ist ein Schlüsselenzym während der Energie gewinnenden Reduktion von (Per)Chlorat zu Chlorit (ClO2-). Dabei zerlegt Cld das entstandene Chlorit zu harmlosem Chlorid (Cl-) und Sauerstoff (O2). Interessanterweise zeigten genomische und phylogenetische Analysen eine ubiquitäre Verteilung von Cld-Homologen in verschiedenen prokaryotischen Linien, für die bis heute kein (Per)Chlorat-reduzierender Phänotyp gezeigt werden konnte. Während dieser Arbeit wurden die zwei homologen cld-Gene von Listeria monocytogenes und Nitrobacter winogradskyi charakterisiert. Dadurch konnten neue Einblicke in diese Proteinfamilie gewonnen werden. L. monocytogenes ist ein gram-positives human-pathogenes Bakterium, das die verschiedensten Umwelthabitate wie Erde, Silage und Wasser besiedeln kann. Des Weiteren kann dieses Bakterium diverse eukaryotische Zellen infizieren und dabei zu lebensgefährlichen Erkrankungen speziell in immunkomprimierten und älteren Personen als auch bei Schwangeren führen. Die Analyse der Proteinexpression in L. monocytogenes zeigte, dass Cld im Zytoplasma lokalisiert ist, ein sehr stabiles Protein ist und dass es konstitutiv bei 28°C und bei 37°C exprimiert wird. Vergleichbar mit validierten Clds wird die Cld-Expression in L. monocytogenes unter anaeroben Wachstumsbedingungen hoch reguliert. Überraschenderweise zeigte dieses Cld-Homolog keine Chlorit-degradierende Funktion, jedoch eine schwache Katalase-Funktion. Obwohl weitere Experimente einschließlich verschiedener Makrophagen-Infektionsassays durchgeführt wurden, konnte die wahre Funktion von dieser Cld nicht gezeigt werden. Das Cld-Homolog aus N. winogradskyi ist zwar am N-Terminus verkürzt, zeigte jedoch eine starke Chlorit-degradierende Aktivität, die im Rahmen anderer validierter Clds liegt. Diese Arbeit ist die zweite Studie über eine funktionelle Chlorit-Dismutase aus einem Nitrit-oxidierenden Bakterium. Der Grund für das Vorhandensein eines cld-Gens in diesen Mikroorganismen bleibt jedoch unbekannt.

Chlorite dismutase (Cld) is a key enzyme in the energy-gaining reduction of (per)chlorate to chlorite (ClO2-). Thereby, Cld detoxifies the respiration product ClO2- to harmless chloride (Cl-) and oxygen (O2). Remarkably, genomic and phylogenetic analyses revealed the widespread presence of cld-homologues in various prokaryotic lineages, for which no (per)chlorate-reducing phenotype has been demonstrated to date. In this thesis, the characterization of two putative cld-like genes from Listeria monocytogenes and Nitrobacter winogradskyi was performed revealing new insights into this protein family. L. monocytogenes is a gram-positive human pathogen naturally inhabiting diverse environments like soil, silage and water. Furthermore, by infecting various eukaryotic host cells it causes life-threatening diseases in immunocompromised people, pregnant women and elderly. Expression analysis on the protein level demonstrated that this Cld-like protein of L. monocytogenes is cytosolic, shows a high degree of stability, and is constitutively expressed throughout growth at 28°C and 37°C. Similar to validated Clds, its expression is upregulated under anaerobic growth conditions outside the eukaryotic host. Surprisingly, this Cld is not able to degrade chlorite but shows a weak catalase activity. Further experiments conducted, including macrophage infection assays, did not reveal the true function of the cld-homolog in L. monocytogenes. The Cld-homolog from N. winogradskyi is shortened at the N-terminus but nevertheless showed a high chlorite degrading ability in the range of other validated Clds. This study is the second report about a functional Cld in a nitrite-oxidizing bacterium. However, the reasons for the abundance of a functional Cld in these microorganisms remain unknown.