Detailseite
Projekt
Heterogene Genexpression, metabolische Variabilität und Differenzierung in Staphylococcus-epidermidis-Biofilmen
Antragstellerin
Privatdozentin Dr. Wilma Ziebuhr
Fachliche Zuordnung
Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
Förderung
Förderung von 2012 bis 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 217675300
Staphylococcus epidermidis ist ein opportunistischer Erreger von Krankenhausinfektionen, dessen Pathogenese typischerweise mit der Ausbildung von Biofilmen in Zusammenhang steht. S. epidermidis-Biofilmgemeinschaften sind durch eine ausgeprägte Variabilität von Genexpressionsmustern gekennzeichnet. Das hier vorgeschlagene Projekt befaßt sich mit der biologischen Funktion dieser Variabilität und den Faktoren, die diese auslösen und steuern. In der vergangenen Antragsperiode konnten wir die Koexistenz von phänotypischen Varianten in S. epidermidis-Biofilmen nachweisen. Diese Varianten unterscheiden sich hinsichtlich der produzierten Biofilmmatrix, in die sich die Bakterien einhüllen, sowie in zahlreichen metabolischen und regulatorischen Eigenschaften. Ebenso lysieren bestimmte bakterielle Subpopulationen im Biofilm und setzen dabei DNA frei. Daneben gehen regelmäßig Biofilm-negative Varianten spontan und in großer Häufigkeit aus Biofilm-bildenden Populationen hervor. Mittels konfokaler Lasermikroskopie konnten wir zeigen, dass diese Variabilität zu einer Differenzierung und zu einer zeitlichen und räumlichen Strukturierung des Biofilms führt. Interessanterweise fanden wir, dass eine kleine, nicht-kodierende RNA (i.e. RsaE) an diesen Prozessen ursächlich beteiligt ist. RsaE vermittelt offenbar das reversible Umschalten von Protein-vermittelter zu Polysaccharid-vermittelter Biofilmmatrix-Produktion, höchst wahrscheinlich durch ein Umprogrammieren des zentralen Kohlenstoffmetabolismus der Bakterien. Gleichzeitig scheint RsaE das Auftreten von Biofilm-negativen DNA-Deletionsmutanten zu bremsen, und so die Anzahl (irreversibler) genetischer Varianten innerhalb der Population zu vermindern. Da RsaE selbst innerhalb der Biofilmpopulation heterogen exprimiert wird, halten wir diesen Faktor für einen wichtigen Schalter, der die heterogene Genexpression in S. epidermidis steuert. Um diese Hypothese zu überprüfen, wollen wir in der kommenden Antragsperiode die molekularen Mechanismen klären, durch die RsaE in die o.g. Prozesse eingreift. Dabei wollen wir auch die Beziehung von RsaE zu anderen Faktoren wie Quorum-sensing und programmiertem bakteriellen Zelltod analysieren, die ebenfalls mit heterogener Genexpression in Zusammenhang gebracht werden. Weiterhin werden wir unsere konfokalen Lasermikroskopie-Studien zur räumlichen und zeitlichen Strukturierung von Biofilmen fortsetzen und diese auf Flußkammer-Modelle ausweiten. Schließlich beabsichtigen wir, in Zusammenarbeit mit Kollegen im Schwerpunktprogramm, mathematische Modelle zu entwickeln, um die Differenzierung und Ausbildung von S. epidermidis-Biofilmen zu simulieren und vorherzusagen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
