Dynamische Strategien bakterieller Genregulation in variablen Umgebungen

• Antragsteller: Professor Dr. Ulrich Gerland; Professor Dr. Joachim Rädler
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 164028715

In einer Population genetisch identischer Bakterien kann es durch stochastische Schwankungen und nichtlineare Gen-Regulation zu einer heterogenen Verteilung von Zellzuständen (Phänotypen) kommen. Die adaptiven Regelmechanismen sind häufig derart, dass auf Einzel-Zell Ebene eine Alles-oder-Nichts Entscheidung erzwungen wird und sich eine stochastische Phänotyp-Heterogenität abhängig von den Umgebungsbedingungen ergibt. Am Beispiel des Verwertungssystems für den Zucker Arabinose in E.coli haben wir kürzlich gezeigt, dass z.B. der Zeitpunkt des Anschaltens des Systems nach Zugabe von Arabinose über eine Population zeitlich gestreut ist. In dem vorliegenden Antrag wollen wir anhand von verschiedenen Zucker-Verwertungssystemen die Dynamik phänotypischer Heterogenität systematisch charakterisieren. Insbesondere wollen wir die verschärfte Situation zweier konkurrierender Verwertungssysteme und zeitlich variabler Umgebungsbedingungen untersuchen. Mit Hilfe von Kosten-Nutzen und spieltheoretischen Stabilitäts-Analysen werden wir verschiedene Regulations-Strategien vergleichen. Die Ergebnisse sollen aufklären, inwieweit das beobachtete Verhalten einer „Regulations-Strategie entspricht, die das Wachstum von Bakterienkolonien in zeitlich veränderlichen Umgebungenoptimiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Durchflusszytometer
• Gerätegruppe: 3500 Zellzähl- und Klassiergeräte (außer Blutanalyse), Koloniezähler