Durch zyklisches di-GMP vermittelte Mechanismen im "Getriebe" des bakteriellen Flagellums

• Antragsteller: Dr. Florian Rossmann
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Strukturbiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 385257318

Den Großteil ihrer Zeit verbringen Bakterien in Ansammlungen von Zellen, welche Biofilme genannt werden. Von Zeit zu Zeit schwimmen sie auch weiter um neue Standorte zu besiedeln. Um sich zu diesen Lebensräumen zu bewegen benutzen Bakterien Flagellen. Dies sind in der Zellwand eingebettete rotierende Motoren welche ein spiralförmiges Filament antreiben das als molekularer Propeller fungiert. Um am neuen Standort einen Biofilm bilden zu können, ist es entscheidend, dass diese Flagellen zuerst ausgeschaltet werden. Vorige Untersuchungen lassen darauf schließen, dass durch Einwirkung von zyklischem, dimeren Guanosinmonophosphat (cdG), einem zentralen Wirkstoff zur Biofilmregulierung, die Abschaltung des Motors ausgelöst wird. Im Modellorganismus Caulobacter crescentus wurden kürzlich mehrere, bisher noch nicht beschriebene, cdG-bindende Proteine identifiziert, welche am Innenteil des Flagellenmotors, dem sogenannten C-ring binden. Dieser C-ring, ragt ins Zytoplasma, besteht aus mehreren Proteinen und bildet das Herzstück des Motors wo die Erzeugung von Drehmoment, die Änderung der Drehrichtung und die Reaktion auf Signale stattfindet. Obwohl sich zeigte, dass diese cdG-bindende Proteine den Motor abschalten, bleiben die molekularen Mechanismen, die damit zusammenhängen, unklar. Um die Mechanismen dieser cdG-Signalproteine zu verstehen, beabsichtige ich in situ die Konformation des daran gebundenen C-Rings von C. crescentus durch die Verwendung von Elektronen-Kryotomographie direkt sichtbar zu machen. Um den Effekt verschiedener Signalproteine zu ermitteln, werden Bilder von bakteriellen Stämmen die jeweils eine Art dieser Proteine besitzen, ausgewertet. Um die Bindung noch deutlicher zu erkennen werden die fraglichen Proteine außerdem bei erhöhten cdG-Konzentrationen überproduziert. Um diese Ergebnisse einordnen zu können werden außerdem auch Aufnahmen von Bakterien gemacht, welche so modifiziert wurden, dass der C-ring nur in einem Konformationszustand vorliegt. Diese Arbeiten werden zusammen mit der Arbeitsgruppe von Urs Jenal durchgeführt, welche Experten auf dem Gebiet der cdG-Prozesse sind und diese cdG-bindenden Proteine entdeckt haben. Letztlich werden diese Ergebnisse bedeutende Einblicke darüber liefern, wie cdG den Übergang zur Biofilmbildung reguliert.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Dr. Morgan Beeby