Die Rolle und Synthese von Trehalose sowie die Regulation der Trehalose-Synthese-Wege in Archaea ist bisher nicht völlig geklärt. In dieser Arbeit sollten der TPSP-Weg aus T. tenax, sowie der TreT/OrfY-Weg in den Crenarchaeota T. tenax, S. acidocaldarius und S. solfataricus untersucht werden, um eine mögliche Funktion von Trehalose als kompatibles Solut aufzuklären. Die T. tenax Trehalose-6-Phosphat Synthase/Phosphatase (TPSP) zeigt eine hohe Phosphatase-Aktivität, muss jedoch über die kotranskribierte Glykosyltransferase (GT) aktiviert werden um über die bifunktionale Synthase-Phosphatase-Aktivität zu verfügen. Dabei beruht die Aktivierung der TPS-Aktivität durch GT auf der Fusion der beiden Domänen (TPS und TPP) der TPSP. „Yeast two-Hybrid“-Experimente deuten auf eine Komplexbildung in vivo hin; somit könnte dieser Komplex je nach Bedarf gesteuert werden. Zusätzlich zu diesem einzigartigen Komplex wurden Hinweise auf einen mechanosensitiven Kanal gefunden, der sich wahrscheinlich auf Änderungen der Membranspannung hin öffnet und schließt. So konnte ein Modell für die Stressantwort in T. tenax erstellt werden. Unter Stresseinwirkung, wie der Erhöhung der Salzkonzentration im Medium, bilden TPSP und GT einen Komplex, was zur Synthese von Trehalose führt. Somit kann die Zelle vor Schäden durch die gesteigerte Osmolarität geschützt werden. Ändern sich die Umgebungsbedingungen, so ändert sich auch die Membranspannung der Zelle. In Folge dessen öffnet sich der mechanosensitive Kanal und hydrierte Solute, wie z.B. Trehalose können aus der Zelle ausgeschleust werden. Normalisiert sich die Membranspannung, so schließt sich der Kanal wieder. Der TreT/OrfY-Weg in T. tenax besteht aus der Trehalose Glykosyltranferrierenden Synthase (TreT) und einem offenen Leserahmen unbekannter Funktion (OrfY). Wie von Kouril et al. 2008 gezeigt wurde, ist die TTX_TreT unidirektional, kann also nur die Synthese von Trehalose katalysieren und diese nicht abbauen. Dabei ist die Aktivität der TreT unabhängig von OrfY. Auch in S. solfataricus und S. acidocaldarius wurden die Gene treT und orfY identifiziert; in S. acidocaldarius bilden sie ein Operon. Dies scheint einzigartig für Thermoproteales und Sulfolobales, sowie für einige Bakterien. Ein Schwerpunkt der Arbeit war die Untersuchung von OrfY. Die Kristallisierung des Proteins (Dr. J. Martin, Prof. Dr. A. Lupas, MPI Tübingen) zeigte, dass das Protein OrfY eine völlig neuartige Faltung besitzt. OrfY besteht aus zwei nahezu identischen Domänen, die in HHpred Vorhersagen als TetR-Transkriptionsregulator-ähnliche Helix-turn-Helix (HTH)-Domänen identifiziert wurden. Ähnliche, jedoch nicht duplizierte HTH-Domänen finden sich neben den OrfY Homologen aus Bakterien und Archaea ebenfalls in Amylasen, PEP bindenden Proteinen, die teilweise als PEP Synthasen oder Pyruvat-Phosphat-Dikinasen oder Antwort Regulatoren annotiert sind, wie auch in Proteinen unbekannter Funktion aus thermoacidophilen Organismen und proteinkodierenden Sequenzen aus Metagenomprojekten. Strukturvergleiche zeigten konservierte Reste (H49/157 und D67/171), die ein aktives Zentrum bilden könnten, welches durch die Aromaten F12/120 und W71/175 vermutlich stabilisiert wird. Dies deutet auf eine enzymatische Aktivität hin. Es konnte gezeigt werden, dass die Gegenwart von Trehalose oder Glukose die Oligomerisierung von OrfY beeinflussen. Des Weiteren wurde übereinstimmend mit der HTH-Domänenstruktur eine starke DNA-Bindung beobachtet. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass OrfY einerseits Zucker binden und eventuell auch enzymatisch umsetzen kann, zum anderen als Helix-turn-Helix-Domänen-Protein aber auch DNA binden könnte. In den beiden untersuchten Sulfolobus Spezies findet sich zusätzlich zum TreT/OrfY-Weg ein zweiter Weg zur Trehalose-Synthese, der TreY/TreZ-Weg (Lama, 1990; Maruta, 1996). Für beide Organismen wurden Deletiosnmutanten konstruiert (MW001∆orfY, MW001∆treT, MW001∆treY, MW001∆orfY∆treT, MW001∆orfY∆treY, MW001∆treT∆treY und MW001∆treY∆orfY∆treT, bzw. S. solfataricus PBL2025∆treT), deren Wachstum unter verschiedenen Stressoren (erhöhte Salzkonzentration ((250 mM KCl, bzw. 300 mM NaCl) initial oder ab der logarithmischen-Wachstumsphase zugegeben (in S. acidocaldarius), bzw. 200 mM – 700 mM NaCl, initial zugegeben (bei S. solfataricus) , so wie eine erhöhte Wachstumstemperatur von 83, bzw. 85°C) untersucht wurde. Durch diese Experimente konnte gezeigt werden, dass Trehalose für beide Organismen unter Salzstress (besonders NaCl) wichtig ist. Sowohl der TreT/OrfY- als auch der TreY/TreZ-Weg sind essentiell für eine Stressantwort; es scheint keinen weiteren Trehalose-Synthese-Weg in diesen Organismen zu geben. In dieser Studie konnte gezeigt werden, dass OrfY eine Rolle bei der Bildung von Trehalose spielt. Des Weiteren zeigte sich, dass sowohl Mutanten ohne orfY, als auch ohne treT einen veränderten Phänotyp gegenüber dem Wildtyp unter Stresseinwirkung ausweisen, was bedeutet, dass sowohl TreT als auch OrfY für einen funktionellen TreT/OrfY-Weg essentiell sind. Dabei könnte OrfY eine regulatorische Funktion haben, was zu den HHpred Vorhersagen des TTX_OrfYs passt. Die Versuche legen nahe, dass der TreT/OrfY-Weg wie auch der TreY/TreZ-Weg nicht konstitutiv genutzt wird, sondern beide Wege Wachstumsphasen abhängig sind. Um dies weiter zu untersuchen, müssen Rohextrakt-Analysen mit Zellen aus verschiedenen Wachstumsphasen durchgeführt werden. Die Trehalose-Synthese scheint also in den beiden Sulfolobus Spezies unter Stressbedingungen induziert zu werden und das Disaccharid als kompatibles Solut zu fungieren.