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Projekt
Regulation von phänotypischem Phasenwechsel und Heterogenität in Photorhabdus luminescens Zellpopulationen
Antragsteller
Professor Dr. Ralf Heermann
Fachliche Zuordnung
Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
Förderung
Förderung von 2012 bis 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 217713783
Photorhabdus luminescens ist ein insektenpathogenes Bakterium, das in spezifischer Symbiose mit Bodennematoden lebt. In einem komplexen Lebenszyklus durchlaufen die Bakterien ein symbiotisches Stadium, in dem sie mit den Nematoden assoziiert sind, und ein pathogenes Stadium, frei von den Nematoden in Insektenlarven. P. luminescens kommt in zwei phänotypisch verschiedenen Varianten vor, welche als Primär- und Sekundärvariante bezeichnet werden, und die sich in diversen morphologischen und physiologischen Eigenschaften unterscheiden. Nach längeren Inkubationsphasen entstehen Sekundärzellen sowohl in vitro als auch im Insektenkadaver. Nach etwa 28 Tagen fortlaufender Inkubation haben etwa 20-50% der Zellen einen phänotypischen Phasenwechsel von der Primär- zur Sekundärvariante vollzogen. Dies entspricht exakt der Zeitspanne, die von der Infektion des Insekts bis zur Reassoziation von Bakterien und der neuen Nematodengeneration aus dem verbrauchten Insektenkadaver vergeht. Der Grund für den phänotypischen Phasenwechsel innerhalb von P. luminescens Zellpopulationen ist nur wenig verstanden. Es erscheint logisch, dass die Sekundärzellen im Boden verbleiben und durch den phänotypischen Wechsel besser an die neuen Umweltbedingungen angepasst sind. Allerdings sind bisher noch nie P. luminescens Zellen aus dem Boden isoliert worden. Ein Grund dafür ist vermutlich, dass die Zellen in einem metabolisch inaktiven Persistenz-Stadium verharren. Signale, die zu einem Phasenwechsel vom sekundären zum primären Phänotyp führen oder Persistenz-Zellen wieder zum Wachstum anregen, sind nicht bekannt. In der ersten Förderperiode konnten wir zeigen, dass Sekundärzellen ein Signal sekretieren, das Primärzellen zum Phasenwechsel animiert. Umgekehrt hemmen Primärzellen das aktive Wachstum von Sekundärzellen, so dass es eine enge soziobiologische Beziehung zwischen den beiden phänotypischen Varianten gibt, die den Phasenwechsel steuert. Die Identifizierung dieser Signale als auch der Verbleib der Sekundärzellen sind zentrale Fragestellungen, die wir in der zweiten Förderperiode bearbeiten werden. Außerdem werden wir uns weiterhin der Regulation des phänotypischen Phasenwechsels widmen. Der LysR-ähnliche Regulator HexA gilt als der zentrale Regulator der phänotypischen Heterogenität in P. luminescens. In der ersten Förderperiode konnten wir zeigen, dass HexA über verschiedene molekulare Mechanismen den Phasenwechsel beeinflusst, sowohl auf transkriptioneller als auch auf post-transkriptioneller Ebene, vermutlich über kleine regulatorische RNAs. Die Identifizierung dieser kleinen RNAs sowie des Signalmoleküls, welches HexA wahrnimmt, sind weitere zentrale Fragestellungen, denen wir uns in der zweiten Förderperiode widmen werden. Mathematische Modellierung der phänotyischen Heterogenität von P. luminescens Zellpopulationen soll einen entscheidenden Beitrag zum Verständnis leisten, wie phänotypische Heterogenität in Bakterien reguliert wird.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
