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Many bacteria are able to choose between two mutually exclusive lifestyles: biofilm formation and motility. In the model bacterium Bacillus subtilis, this choice is made by each individual cell rather than at the population level. The transcriptional repressor SinR is the master regulator in this decision-making process. The regulation of SinR activity involves complex control of its own expression and of its interaction with antagonist proteins. We show that the YmdB phosphodiesterase is required to allow the expression of SinR-repressed genes in a subpopulation of cells and that such subpopulations can switch between different SinR activity states. Suppressor analyses revealed that ymdB mutants readily acquire mutations affecting SinR, thus restoring biofilm formation. These findings suggest that B. subtilis cells experience selective pressure to form the extracellular matrix that is characteristic of biofilms and that YmdB is required for the homeostasis of SinR and/or its antagonists.

Glutamate is the major donor of nitrogen for anabolic reactions. The Gram-positive soil bacterium Bacillus subtilis either utilizes exogenously provided glutamate or synthesizes it using the gltAB-encoded glutamate synthase (GOGAT). In the absence of glutamate, the transcription factor GltC activates expression of the GOGAT genes for glutamate production. Consequently, a gltC mutant strain is auxotrophic for glutamate. Using a genetic selection and screening system, we could isolate and differentiate between gltC suppressor mutants in one step. All mutants had acquired the ability to synthesize glutamate, independent of GltC. We identified (i) gain-of-function mutations in the gltR gene, encoding the transcription factor GltR, (ii) mutations in the promoter of the gltAB operon and (iii) massive amplification of the genomic locus containing the gltAB operon. The mutants belonging to the first two classes constitutively expressed the gltAB genes and produced sufficient glutamate for growth. By contrast, mutants that belong to the third class appeared most frequently and solved glutamate limitation by increasing the copy number of the poorly expressed gltAB genes. Thus, glutamate auxotrophy of a B. subtilis gltC mutant can be relieved in multiple ways. Moreover, recombination-dependent amplification of the gltAB genes is the predominant mutational event indicating a hierarchy of mutations.

The Gram-positive soil bacterium Bacillus subtilis relies on the glutamine synthetase and the glutamate synthase for glutamate biosynthesis from ammonium and 2-oxoglutarate. During growth with the carbon source glucose, the LysR-type transcriptional regulator GltC activates the expression of the gltAB glutamate synthase genes. With excess of intracellular glutamate, the gltAB genes are not transcribed because the glutamate-degrading glutamate dehydrogenases (GDHs) inhibit GltC. Previous in vitro studies revealed that 2-oxoglutarate and glutamate stimulate the activator and repressor function, respectively, of GltC. Here, we have isolated GltC variants with enhanced activator or repressor function. The majority of the GltC variants with enhanced activator function differentially responded to the GDHs and to glutamate. The GltC variants with enhanced repressor function were still capable of activating the PgltA promoter in the absence of a GDH. Using PgltA promoter variants (PgltA∗) that are active independent of GltC, we show that the wild type GltC and the GltC variants with enhanced repressor function inactivate PgltA∗ promoters in the presence of the native GDHs. These findings suggest that GltC may also act as a repressor of the gltAB genes in vivo. We discuss a model combining previous models that were derived from in vivo and in vitro experiments.

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Bacillus subtilis is a Gram-positive bacterium that is easy to manipulate genetically. Several methods for genome engineering have been developed that helped to extend our understanding of how the B. subtilis cell operates. Consequently, the bacterium has become one of the best-studied organisms. B. subtilis has also been engineered for industrial applications. Moreover, great progress has been achieved in promoter engineering to improve the performance of production strains. To expand the toolbox for engineering B. subtilis, we have constructed a system for the inducer-free activation of gene expression. The system relies on spontaneous mutational activation of a cryptic promoter and selection-driven enrichment of bacteria harbouring the mutated promoter. The synthetic promoter is cryptic due to a perfect direct repeat, separating the binding motifs of the RNA polymerase housekeeping sigma factor. The promoter can be fused to genes for industrial applications and to a growth-promoting gene that, upon mutational activation of the promoter, allows enrichment of the engineered bacteria due to a selective growth advantage.

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Vielen Dank Fabian, dass ich meine Doktorarbeit in deiner Abteilung anfertigen durfte und für die hilfreichen Diskussionen. Ich habe in der Zeit wirklich sehr viel gelernt, aber auch sehr viel Spaß gehabt.Besonders habe ich mich gefreut, dass ich auf so viele Tagungen mitkommen durfte, so viel gesehen und so viele besondere Menschen kennen gelernt habe! Jedes Mal hatte ich gehörigen Respekt vor den Präsentationen, aber es hat sich wirklich gelohnt. Die zahllosen durchgefeierten Nächte in Göttingen, in Montecatini, am Mittelmeer in Tirrenia, in Bad Bergzabern, an der Ostsee in Usedom und in Berlin werde ich wohl nie vergessen! Aber Achtung: wer feiern kann, kann auch arbeiten und genau so war es richtig! Jörg, auch dir gebührt besonderer Dank, immer wenn ich doch sehr an mir gezweifelt habe, hast du mich in meiner Arbeit und meinem Handeln bestärkt. Aber ich finde, dass du nicht nur als Professor und Redner herausragende Fähigkeiten hast, sondern wie ich erfahren durfte, bist du wahrscheinlich für jede europäische Großstadt ein kompetenter Stadtführer! Besonders an den, ab Dezember wöchentlichen, Führungen über den Göttinger Weihnachtsmarkt habe ich immer gern teilgenommen! Auch möchte ich Ihnen, Frau Gatz für Ihr Interesse und Ihre tatkräftige Teilnahme an meinen TAC meetings danken. Schon während meiner Bachelorarbeit, habe ich Ihre offene und neugierige Art sehr geschätzt. Sabine, dir möchte ich von ganzem Herzen danken. Du hast mich immer ermutigt und hattest immer ein offenes Ohr! Danke, dass du immer so schnell durch meine unendlich langen Klonierungs-und LacZ-Listen durchgestiegen bist, ggf. Lücken und Ungereimtheiten meinerseits gefüllt hast und oft alles schneller umgesetzt hast, als ich auswerten konnte! Ich werde unsere herausragende Zusammenarbeit und vor allem dich sehr vermissen! Cedric, dir kann ich gar nicht genug danken. Mit dir kann man jeden Blödsinn machen, Probleme wegtanzen und einfach man selbst sein. Danke, dass du immer da warst und mir gerade auch in den letzten Wochen mit deinen Nerven aus Stahl so zur Seite gestanden hast! Du bist ein wunderbarer Mensch und ich freue mich jeden Tag, dass wir nach der Weihnachtsfeier im Zug aus Goslar noch so albern über deinen Einzug bei mir rumgewitzelt haben. Da hatten wir die erste wirklich gute Idee, der noch viele folgten. Lorena, wir haben schon so unfassbar vieles gemeinsam erlebt, danke, dass du immer für mich da bist! Es war eine große Ehre für mich in deine Fußstapfen treten zu dürfen! In diesem Zuge möchte ich auch Katrin danken! Katrin, ich kenne niemanden der mit so viel Geduld und Spaß Wissen vermitteln kann, wie du. Egal ob ich ein technisches oder fachliches Problem hatte, so hattest du schon die Lösung parat. Und ehrlich mal, Christina und Katrin, was hatten wir für einen Spaß in Berlin! Chistina, dir als unserer Labormutti möchte ich auch danken. Du hast mir mit einer Engelsgeduld jeden Primer, den ich doch noch vergessen hatte, aus dem Freezer geholt. Danke auch dafür, dass ich mit jedem erdenklichen Problem zu dir kommen durfte und d...