Phänotypische Heterogenität und Populationsdynamik in Biofilmen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Erika Kothe, seit 7/2017
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276408659

Biofilme sind ökologisch relevante Ansiedlungen von Mikroorganismen. Man findet Biofilme gewöhnlich an Oberflächen oder Grenzflächen, wo Zellen zusammenwachsen, sich differenzieren und eine Matrix bilden können. Diese Matrix schützt sie insbesondere vor negativen Umwelteinflüssen wie beispielsweise Antibiotika und anderen Stressfaktoren. Aufgrund dieser außergewöhnlichen Resistenzeigenschaften ist sowohl die Hemmung als auch die Förderung der Biofilmbildung von erheblichem öffentlichem Interesse, vom Gesundheitswesen bis hin zur Biotechnologie. Biofilme besitzen zudem eine hohe in Raum und Zeit veränderliche Komplexität. Die Biofilm-Matrix wird hierbei als gemeinsame Ressource angesehen die von nicht-Matrix-produzierenden Zellen ausgenutzt werden kann. Darüber hinaus verwenden Mikroorganismen verschiedene Strategien um Ihren Nachkommen Vorteile zu verschaffen. Eine mögliche Lösung für das Dilemma der gemeinsamen Ressource liegt in der räumlichen Verteilung der Mikroben. Allerdings sollten in gut durchgemischten Populationen von Mikroben andere Mechanismen zur Sicherung der sekretierten Substrate existieren.Unser Ziel ist es, Biofilm-Entwicklung und Populations-Dynamiken zu verstehen und zu kontrollieren. In diesem Projekt werden wir untersuchen, wie phänotypische Heterogenität Populations-Dynamiken in Bacillus subtilis Biofilmen beeinflusst und die Feedback Mechanismen betrachten, die auf Produzenten von gemeinsam genutzten Ressourcen in Anwesenheit von Nicht-Produzenten wirken. Schließlich werden wir die evolutionäre Adaptation der Population von Produzenten in Anwesenheit von ausnutzenden Nicht-Produzenten und unter Mutualismus eingehend untersuchen. Die Anpassung (Auswertung) von Prozessen der mikrobiellen Kooperation ist vielversprechend für Behandlungsverfahren zur Resistenzminimierung oder für eine Verbesserung von wünschenswerter Biofilmbildung. Daher wird uns ein verbessertes Verständnis von Populations-Heterogenität und den Dynamiken innerhalb eines Biofilms wie dem von B. subtillis helfen, unser Methodenspektrum zu erweitern um Biofilm Strukturen und Resistenzen zu modifizieren.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1617: Phänotypische Heterogenität und Soziobiologie bakterieller Populationen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Ákos Tibor Kovács, Ph.D., bis 6/2017