SFB 987: Mikrobielle Diversität in der umweltabhängigen Signalantwort
Medizin
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Mikroorganismen bieten die größte Vielfalt im Leben auf der Erde. Sie besiedeln erfolgreich jede denkbare ökologische Nische, unabhängig davon ob diese einladend oder feindlich ist. Mikroorganismen tun dies entweder als hochspezialisierte Einzelzellen oder als komplex strukturierte mikrobielle Gemeinschaften. Für die meisten Mikroorganismen gibt es nur eine Gewissheit: Veränderung! Das Ziel des SFB 987 war es, unser Wissen über die mechanistische Vielfalt zu erweitern durch welche Mikroorganismen intra- und extrazelluläre Signale wahrnehmen, verarbeiten und durch gezielte Anpassungsreaktionen darauf reagieren können. Während der zweiten Förderperiode des SFB 987 konnten die PIs des Forschungsbereichs D mehrere wegweisende Beiträge zum grundlegenden Verständnis der metabolischen Anpassungen von Mikroorganismen als Reaktion auf Umweltveränderungen erarbeiten. Diese reichen von der eingehenden Klärung Zustands-spezifischer Stoffwechselwege bis hin zu deren Anpassung an zelluläre und Umweltstörungen. Dazu komplementär lieferten die PIs des Forschungsbereichs E detaillierte Einblicke in die Anpassungsmechanismen prokaryotischer und eukaryotischer Mikroorganismen an Umweltveränderungen durch Veränderung zellulärer Oberflächenstrukturen wie Polysaccharide, Flagellen und verschiedener Arten von Zellanhängen. Zusammenfassend haben die beiden Forschungsbereiche D und E des SFB 987 während der zweiten Förderphase 127 Veröffentlichungen beigesteuert, von denen 25 von mindestens zwei PIs gemeinsam verfasst wurden. Alle wurden in international sichtbaren und peer-begutachtenden wissenschaftlichen Zeitschrift veröffentlicht. Darüber hinaus haben die Pis des SFB 987 Übersichtsartikel zu einer Sonderausgabe der Zeitschrift Biological Chemistry verfasst, die sich mit den während der beiden Förderperioden untersuchten zentralen Forschungsthemen des SFB 987 befasst. Das SFB 987 war ein Leuchtturm des wissenschaftlichen Austauschs. Dies lässt sich am besten anhand seiner Seminarreihe veranschaulichen (71 Seminare während der beiden Förderperioden), in der 114 nationale und international renommierte Redner über aktuelle Erkenntnisse auf dem Gebiet der Mikrobiologie berichteten. Darüber hinaus organisierte der SFB 987 drei internationale Konferenzen und drei themenorientierte Workshops. Zudem waren die PIs des SFB 987 die Hauptorganisatoren des Jahrestreffens der Deutschen Gesellschaft für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM) im Jahr 2015, für das rund 1.200 Teilnehmer nach Marburg kamen. Es wurden 80 Doktorarbeiten zu den allgemeinen Forschungsthemen des SFB 987 mit einem absolut ausgewogenen Geschlechterverhältnis (50:50) erfolgreich abgeschlossen. Die Fortbildung unserer Doktoranden wurde durch die Marburg School of Microbiology ermöglicht und umfasste eine breite Palette von Aktivitäten wie die obligatorische Teilnahme an der SFB-Seminarreihe, Maßnahmen zur Beratung von Abschlussarbeiten, praktische Kurse und vor-Ort Besuche in der Industrie. Um unsere Studentinnen gezielt auf ihre Karriere in Akademie, Industrie, und Verwaltung vorzubereiten, wurden sieben Workshops angeboten, die von einem externen Unternehmen organisiert wurden. Diese Workshops wurden sehr gut von den Teilnehmerinnen angenommen. Wahre Höhepunkte des Arberit des SFB 987 waren die vier „Spotlight Meetings in Microbiology“, die exklusiv von unseren Studenten zusammen mit denen des thematisch verwandten SFB 766 der Universität Tübingen organisiert wurden. Trotz der hervorragenden Leistung des SFB 987, insbesondere während seiner zweiten Finanzierungsperiode, mussten die PIs leider entscheiden keine dritte Finanzierungsperiode durch die DFG zu beantragen. Diese Entscheidung wurde nicht leichtfertig und ernst nach intensiven Konsultationen mit der Präsidentin der Philipps-Universität getroffen. Die Begründung für diese Entscheidung spiegelt lediglich wider, dass sechs zentrale PIs des SFB 987 aufgrund ihres bevorstehenden Ruhestands nicht für eine vollständige Arbeitsperiode zur Verfügung stehen können, und zwei junge PIs beschlossen, Rufe auf Vollprofessuren an anderen Universitäten zu folgen. Somit müssten acht der derzeit 17 PIs für eine dritte Arbeitsphase des SFB 987 ersetzt werden - eine Aufgabe, die derzeit nicht rechtzeitig und nach den hohen Standards der DFG erfüllt werden kann.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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2016. A minimal threshold of c-di-GMP is essential for fruiting body formation and sporulation in Myxococcus xanthus. PLoS Genet 12: e1006080
Skotnicka D, Smaldone GT, Petters T, Trampari E, Liang J, Kaever V, Malone JG, Singer M, Søgaard-Andersen L
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2016. Cyclic di-GMP regulates multiple cellular functions in the symbiotic alphaproteobacterium Sinorhizobium meliloti. J Bacteriol 198:521–535
Schäper S, Krol E, Skotnicka D, Kaever V, Hilker R, Søgaard-Andersen L, Becker A
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2016. Structural basis for the CsrA-dependent modulation of translation initiation by an ancient regulatory protein. Proc Natl Acad Sci U S A 113:10168–10173
Altegoer F, Rensing SA, Bange G
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2016. White collar 1-induced photolyase expression contributes to UV-tolerance of Ustilago maydis. Microbiologyopen 5:224–243
Brych A, Mascarenhas J, Jaeger E, Charkiewicz E, Pokorny R, Bölker M, Doehlemann G, Batschauer A
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2017. AraC-like transcriptional activator CuxR binds c-di-GMP by a PilZ-like mechanism to regulate extracellular polysaccharide production. Proc Natl Acad Sci U S A 114:E4822-E4831
Schäper S, Steinchen W, Krol E, Altegoer F, Skotnicka D, Søgaard-Andersen L, Bange G, Becker A
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2017. Evolutionary conservation and in vitro reconstitution of microsporidian iron-sulfur cluster biosynthesis. Nat Commun 8:13932
Freibert S-A, Goldberg AV, Hacker C, Molik S, Dean P, Williams TA, Nakjang S, Long S, Sendra K, Bill E, Heinz E, Hirt RP, Lucocq JM, Embley TM, Lill R
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2017. Hyperactivity of the Arabidopsis cryptochrome (cry1) L407F mutant is caused by a structural alteration close to the cry1 ATP-binding site. J Biol Chem 292:12906–12920
Orth C, Niemann N, Hennig L, Essen L-O, Batschauer A
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2017. Response of Methylocystis sp. strain SC2 to salt stress: physiology, global transcriptome, and amino acid profiles. Appl Environ Microbiol 83:e00866-17
Han D, Link H, Liesack W
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2017. Response of Methylocystis sp. strain SC2 to salt stress: Physiology, global transcriptome, and amino acid profiles. Appl Environ Microbiol 83:e00866-17
Han D, Link H, Liesack W
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2017. Sinorhizobium meliloti YbeY is an endoribonuclease with unprecedented catalytic features, acting as silencing enzyme in riboregulation. Nucl Acids Res 45:1371-1391
Saramago M, Peregrina A, Robledo M, Matos RG, Hilker R, Serrania J, Becker A, Arraiano CM, Jiménez-Zurdo JI
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2018. Fiberassociated spirochetes are major agents of hemicellulose degradation in the hindgut of wood-feeding higher termites. Proc Natl Acad Sci U S A 115: E11996-E12004
Tokuda G, Mikaelyan A, Fukui C, Matsuura Y, Watanabe H, Fujishima M, Brune A
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2018. Optimizing CRISPR/Cas9 for the diatom Phaeodactylum tricornutum. Front Plant Sci 9:740
Stukenberg D, Zauner S, Dell'Aquila G, Maier UG
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2018. Replacing the ethylmalonyl-CoA pathway with the glyoxylate shunt provides metabolic flexibility in the central carbon metabolism of Methylobacterium extorquens AM1. ACS Synth Biol 7:86–97
Schada von Borzyskowski L, Sonntag F, Pöschel L, Vorholt JA, Schrader J, Erb TJ, Buchhaupt M
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2018. Selective enrichment of slow-growing bacteria in a metabolism-wide CRISPRi library with a TIMER protein. ACS Synth Biol 7:2775–2782
Beuter D, Gomes-Filho JV, Randau L, Díaz-Pascual F, Drescher K, Link H
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2018. Seven-transmembrane receptor protein RgsP and cell wall-binding protein RgsM promote unipolar growth in Rhizobiales. PLoS Genet 14:e1007594
Schäper S, Yau HCL, Krol E, Skotnicka D, Heimerl T, Gray J, Kaever V, Søgaard-Andersen L, Vollmer W, Becker A
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2018. Structural and functional characterization of PA14/Flo5-like adhesins from Komagataella pastoris. Front Microbiol 9:2581
Kock M, Brückner S, Wozniak N, Maestre-Reyna M, Veelders M, Schlereth J, Mösch H-U, Essen L-O
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2018. Structural and functional characterization of PA14/Flo5-like adhesins from Komagataella pastoris. Front Microbiol 9:2581
Kock M, Brückner S, Wozniak N, Maestre-Reyna M, Veelders M, Schlereth J, Mösch HU, Essen LO
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2018. The multicatalytic compartment of propionyl-CoA synthase sequesters a toxic metabolite. Nat Chem Biol 14:1127–1132
Bernhardsgrütter I, Vögeli B, Wagner T, Peter DM, Cortina NS, Kahnt J, Bange G, Engilberge S, Girard E, Riobé F, Maury O, Shima S, Zarzycki J, Erb TJ
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2019. A kiwellin disarms the metabolic activity of a secreted fungal virulence factor. Nature 565:650–653
Han X, Altegoer F, Steinchen W, Binnebesel L, Schuhmacher J, Glatter T, Giammarinaro PI, Djamei A, Rensing SA, Reissmann S, Kahmann R, Bange G
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2019. Biosynthesis of the Stress-Protectant and Chemical Chaperon Ectoine: Biochemistry of the transaminase EctB. Front Microbiol 10:2811
Richter AA, Mais C-N, Czech L, Geyer K, Hoeppner A, Smits SHJ, Erb TJ, Bange G, Bremer E
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2019. Breakdown of Vibrio cholerae biofilm architecture induced by antibiotics disrupts community barrier function. Nat Microbiol 4:2136–2145
Díaz-Pascual F, Hartmann R, Lempp M, Vidakovic L, Song B, Jeckel H, Thormann KM, Yildiz FH, Dunkel J, Link H, Nadell CD, Drescher K
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2019. Breakdown of Vibrio cholerae biofilm architecture induced by antibiotics disrupts community barrier function. Nat Microbiol 4:2136–2145
Díaz-Pascual F, Hartmann R, Lempp M, Vidakovic L, Song B, Jeckel H, Thormann KM, Yildiz FH, Dunkel J, Link H, Nadell CD, Drescher K
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2019. Dynamic metabolic rewiring enables efficient acetyl coenzyme A assimilation in Paracoccus denitrificans. mBio 10:e00805-19
Kremer K, van Teeseling MCF, Schada von Borzyskowski L, Bernhardsgrütter I, van Spanning RJM, Gates AJ, Remus-Emsermann MNP, Thanbichler M, Erb TJ.
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2019. Exploiting substrate promiscuity of ectoine hydroxylase for regio- and stereoselective modification of homoectoine. Front Microbiol 10:2745
Czech L, Wilcken S, Czech O, Linne U, Brauner J, Smits SHJ, Galinski EA, Bremer E
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2019. Illuminating the catalytic core of ectoine synthase through structural and biochemical analysis. Sci Rep 9:364
Czech L, Höppner A, Kobus S, Seubert A, Riclea R, Dickschat JS, Heider J, Smits SHJ, Bremer E
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2019. Marine Proteobacteria metabolize glycolate via the β-hydroxyaspartate cycle. Nature 575:500–504
Schada von Borzyskowski L, Severi F, Krüger K, Hermann L, Gilardet A, Sippel F, Pommerenke B, Claus P, Cortina NS, Glatter T, Zauner S, Zarzycki J, Fuchs BM, Bremer E, Maier UG, Amann RI, Erb TJ
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2019. Opsin 1 and opsin 2 of the corn smut fungus Ustilago maydis are green light-driven proton pumps. Front Microbiol 10:735
Panzer S, Brych A, Batschauer A, Terpitz U
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2019. Structure and interaction of the archaeal motility repression module ArnA-ArnB that regulates archaellum expression in Sulfolobus acidocaldarius. J. Biol. Chem. 294: 7460-7474
Hoffmann L, Anders K, Bischof L, Ye X, Reimann J, Khadouma S, Pham T, van der Does C, Wright P, Essen LO, Albers SV
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2019. Systematic identification of metabolites controlling gene expression in E. coli. Nat Commun 10:4463
Lempp M, Farke N, Kuntz M, Freibert SA, Lill R, Link H
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2020 Metabolism of non-growing bacteria. Biol Chem.
Lempp M, Lubrano P, Gert B, Link H
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2020. BacStalk: A comprehensive and interactive image analysis software tool for bacterial cell biology. Mol Microbiol 114:140–150
Hartmann R, van Teeseling MCF, Thanbichler M, Drescher K
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2020. CdbA is a DNA-binding protein and c-di-GMP receptor important for nucleoid organization and segregation in Myxococcus xanthus. Nat Commun 11:1791
Skotnicka D, Steinchen W, Szadkowski D, Cadby IT, Lovering AL, Bange G, Søgaard-Andersen L
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2020. Cyclic di-GMP signaling in Bacillus subtilis is governed by direct interactions of diguanylate cyclases and cognate receptors. mBio 11: e03122-19
Kunz S, Tribensky A, Steinchen W, Oviedo-Bocanegra L, Bedrunka P, Graumann PL
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2020. Degradation of the microbial stress protectants and chemical chaperones ectoine and hydroxyectoine by a bacterial hydrolase-deacetylase complex. J Biol Chem 295:9087–9104
Mais C-N, Hermann L, Altegoer F, Seubert A, Richter AA, Wernersbach I, Czech L, Bremer E, Bange G
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2020. Functional reprogramming of Candida glabrata epithelial adhesins: the role of conserved and variable structural motifs in ligand binding. J Biol Chem. 295:12512-12524
Hoffmann D, Diderrich R, Reithofer V, Friederichs S, Kock M, Essen L-O, Mösch H-U
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2020. Integrative and quantitative view of the CtrA regulatory network in a stalked budding bacterium. PLoS Genet 16: e1008724
Leicht O, van Teeseling MCF, Panis G, Reif C, Wendt H, Viollier PH, Thanbichler M
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2020. Kin discrimination in social yeast is mediated by cell surface receptors of the Flo11 adhesin family. Elife 9:e55587
Brückner S, Schubert R, Kraushaar T, Hartmann R, Hoffmann D, Jelli E, Drescher K, Müller DJ, Essen O-L, Mösch H-U
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2020. Peroxisomal targeting of a protein phosphatase type 2C via mitochondrial transit. Nat Commun 11:2355
Stehlik T, Kremp M, Kahnt J, Bölker M, Freitag J
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2020. Structural base for the transfer of GPI-anchored glycoproteins into fungal cell walls. Proc Natl Acad Sci U S A
Vogt MS, Schmitz GF, Varón Silva D, Mösch H-U, Essen L-O
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2020. The architecture of the diaminobutyrate acetyltransferase active site provides mechanistic insight into the biosynthesis of the chemical chaperone ectoine. J Biol Chem 295:2822–2838
Richter AA, Kobus S, Czech L, Hoeppner A, Zarzycki J, Erb TJ, Lauterbach L, Dickschat JS, Bremer E, Smits SHJ