Holistische Studie des bakteriellen Genregulationssystems

• Antragsteller: Professor Dr. Georgi Muskhelishvili
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 243154253

Untersuchungen am bakteriellen Genregulationssystem sind für die Weiterentwicklung neuer Fachge-biete wie die systemische und synthetische Biologie, aber auch für Etablierung von wissensbasierten Eingriffen der Biotechnologie und Biomedizin, unentbehrlich. Grundsätzlich handelt es sich hier um den Zusammenhang zwischen der dreidimensionalen Chromosomenstruktur und der chromosomalen Funktion. Gezielte international angelegten Studien der letzten Jahre, gefördert durch rasche Entwick-lung der high-throughput Methoden, enthüllten die Komplexität des Problems und dadurch einen Be-darf nach einem holistischen Ansatz, durch welchen die verschiedenen strukturell-organisationellen Eigenschaften des genetischen Systems integriert werden könnten. Wir haben eine holistische Me-thodologie entwickelt, welche die thermodynamische Stabilität der DNA, DNA Topologie, chromoso-male Genreihenfolge, Genfunktion und die regulatorischen Wechselwirkungen zwischen den chromo-somalen Makrodomänen in ein System integriert. Durch diesen Ansatz könnten wir die ersten mecha-nistischen Einblicke in den Zusammenhang zwischen Änderungen der Chromosomenstruktur, der genomischen Replikation und Genexpression bewerkstelligen. Durch unsere Studie könnte der Zu-sammenhang zwischen der räumlichen Genposition und der zeitlichen Genexpression durch geordnete Strukturänderungen des Chromosoms erklärt werden. Die Chromosomenstruktur reagiert auf Sau-erstoff und Nährstoffbedingungen und koordiniert somit die Änderungen der Genexpression mit den Wachstumsbedingungen. Die Vorhersage des Modells ist, dass die Gengregulation durch die wech-selnden Gradienten von negativem DNA Supercoiling und den abundanten Nukleoid-assoziierten Proteine (NAPs) gesteuert wird. Wir finden tatsächlich positionsabhängige Unterschiede in der Gen-expressionsstärke und haben vor, diese weiter experimentell zu modulieren und zu erforschen. Dadurch hoffen wir neue Eingriffsmittel für eine gezielte Änderung der bakteriellen Genexpression durch strategische Genpositionsänderungen, zum Nutzen aller, die sich für die Grundlagen oder An-wendungen der bakteriellen Genregulation interessieren, bereitzustellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen