Einfluss von Umweltfaktoren auf die Balance zwischen Wachstumsmaximierung und Minimierung von Reaktionszeiten in Prokaryoten

• Antragsteller: Professor Dr. Christoph Kaleta
• Fachliche Zuordnung: Bioinformatik und Theoretische Biologie ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 229707008

Die Fähigkeit schnell auf Veränderungen in den Umweltbedingugen zu reagieren ist eine wichtige Komponente des Überlebens in der mikrobiellen Welt. Diese Fähigkeit steht jedoch im Konflikt mit einer anderen Zielstellung - der Maximierung des mikrobiellen Wachstums. Dieser Zielkonflikt entsteht aus der Limitierung an Ressourcen die Zellen zur Verfügung stehen, da sie einerseits in das Wachstum in ihrer aktuellen Umwelt investieren müssen aber andererseits auch ihre Fähigkeit erhalten müssen schnell auf Veränderungen in den Umgebungsbedingungen zu reagieren. Aufbauend auf den Ergebnissen der ersten Förderphase ist es das Ziel dieses Projekts Mechanismen zu identifizieren, die es Bakterien erlauben sich schnell an ihre Umweltbedingungen anzupassen. Außerdem soll untersucht werden wie Umweltbedingungen die Balance zwischen der Maximierung der Wachstumsrate und der Minimierung der Reaktionszeit auf Umweltveränderungen beeinflusst. In enger Zusammenarbeit zwischen theoretischen und experimentellen Teilaspekten werden wir zwei wichtige Modellsysteme untersuchen die durch diesen Zielkonflikt besonders beeinflusst werden: die Verwendung von fokussierter (sparse) als auch ausgeprägter (pervasive) transkriptioneller Kontrolle von Reaktionswegen und das Poising von RNA Polymerasen in der Promoterregion von Genen um transkriptionelle Antworten zu beschleunigen. Insbesondere werden wir untersuchen, wie die Qualitätder Umwelt und die Häufigkeit von Veränderungen die optimale Balance zwischen der Maximierung des Wachstums und der Minimierung von Reaktionszeiten in beiden Modellsystemen in silico als auch in vivo beeinflusst. Dadurch wird dieses Projekt einen wichtigen Beitrag zum Verständnis eines elementaren Zielkonflikts des mikrobiellen Überlebens liefern und neue Wege aufzeigen das Wissen über essentielle Mechanismen für die Verkürzung von Reaktionszeiten zu nutzen um Infektionen entgegenzuwirken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Dänemark
• Mitverantwortlich: Professor Jakob Møller-Jensen, Ph.D.