c-di-GMP-vermittelte Signaltransduktion im opportunistischen Pathogen Burkholderia cenocepacia

• Antragstellerin: Dr. Anja Richter
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 313534846

Sowohl in ihrer natürlichen Umgebung als auch im Wirt sind Bakterien häufig in Form von Biofilmen organisiert. Langsameres Wachstum, multiple Stressresistenz und die Produktion einer extrazellulären Matrix bestehend aus DNA, Proteinen und Exopolysacchariden erhöht die Resistenz biofilmbildender Bakterien gegenüber Umweltstressen wie Austrocknung, Strahlung, pH-Schwankungen oder antibakterieller Behandlung. Biofilmbildung, Motilität und Virulenz werden in zahlreichen Bakterien durch das sekundäre Signalmolekül cyclisches-di-GMP (c-di-GMP) kontrolliert. Diese Form der Regulation ist auch in Burkholderia Spp. zu finden, bisher jedoch kaum verstanden.Im Laufe der letzten zwei Jahrzehnte entwickelte sich B. cenocepacia zu einen ernst zu nehmenden opportunistischen Pathogen für immunsupprimierte Individuen wie Patienten mit cystischer Fibrose (CF). Die Infektion mit B. cenocepacia und damit verbundene Biofilmbildung im Wirt gehen häufig einher mit einer raschen Abnahme der Lungenfunktion und erhöhter Mortalität bei CF Patienten. Eine natürliche Resistenz gegenüber vielen Antibiotika und die Beeinträchtigung des Wirts-eigenen Immunsystems durch ausgeschiedene Exopolysaccharide kompliziert die erfolgreiche Behandlung von Burkholderia-Infektionen zusätzlich.c-di-GMP wird durch Diguanylatzyklasen synthetisiert (DGCs mit konservierten GGDEF-Domänen) und durch Phosphodiesterasen abgebaut (PDEs mit konservierten EAL- oder HD-GYP-Domänen). Für die Planung dieses Projektes durchgeführte bioinformatische Analysen haben ergeben, dass das Genom von B. cenocepacia H111 für 25 GGDEF/EAL/HD-GYP-Domänen-Proteine kodiert. Im Laufe der letzten Jahre wurden jedoch erst zwei dieser Gene näher beschrieben. Im Rahmen dieser Arbeit sollen GGDEF/EAL/HD-GYP-Domänen-Proteine entsprechend ihrer Rolle in der Biofilmbildung und Virulenz genauer charakterisiert werden. Da die Umsetzung von c-di-GMP multiple zelluläre Prozesse auf transkriptionaler, translationaler und post-translationaler Ebene beeinflusst, wird die Analyse von Mutanten dabei helfen, einzelne GGDEF/EAL/HD-GYP-Domänen-Proteine mit spezifischen Phänotypen zu verknüpfen und einzelne Module bestehend aus DGC und PDE zu identifizieren, die das gleiche Target regulieren. Des Weiteren soll die Bindung und Umsetzung von c-di-GMP in vivo und in vitro sowie Protein-Protein-Interaktionen zwischen DGC, PDE und Effektor-Molekülen in einzelnen c-di-GMP-Regulationsmodulen untersucht werden. Die Vielfalt von c-di-GMP-regulierenden Enzymen liefert zahlreiche mögliche Ansatzpunkte, um Biofilmbildung und Virulenz durch intrazelluläre Signalmoleküle und deren Effekte auf den bakteriellen Lebensstil zu kontrollieren. Die Aufklärung des c-di-GMP-Metabolismus und sein Einfluss auf regulatorische Kaskaden im Bereich der Biofilmbildung, Synthese von Virulenz-Faktoren und Pathogenität bietet die somit die Möglichkeit, neue Perspektiven für die Kontrolle und Behandlung von Burkholderia-Infektionen bei Mensch, Tier und Pflanze zu öffnen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Dänemark
• Gastgeber: Professor Tim Tolker-Nielsen, Ph.D.