Cyclic di-GMP mediated mechanisms on the “gearbox” of the bacterial flagellum

• Applicant: Dr. Florian Rossmann
• Subject Area: Metabolism, Biochemistry and Genetics of Microorganisms ; Structural Biology
• Term: from 2017 to 2020
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 385257318

• Final Report Year: 2020

Final Report Abstract

Der Flagellenmotor ist eine winzige Nanomaschine, welche Bakterien zur Fortbewegung nutzen. Der Motor muss dabei in bestimmter Weise auf Änderungen in den Umgebungsbedingungen von Bakterien reagieren. In diesem Projekt wurde die erste molekulare Struktur eines Flagellenmotors mit einem gebundenen Regulatorprotein innerhalb einer lebendigen Caulobacter crescentus Zelle bestimmt. Zudem entdeckten wir neue, unbekannte Motorstrukturen, die in Ringen mit teilweise unterschiedlicher Anzahl an Untereinheiten angeordnet sind und unbekannte Funktionen besitzen. Diese Ergebnisse werden uns dabei helfen zu verstehen, wie Nanomachinen auf molekularer Ebene funktionieren und wie sie beeinflusst und reguliert werden können. Für mich war es überraschend, wie detailreich und variabel Elektronenmikroskope einsetzbar sind. Daher sind Kenntnisse hinsichtlich der Hard- und Software unabdingbar, um aussagekräftige Aufnahmen herstellen zu können. Die größte Überraschung an den Ergebnissen dieses Projekts war die Entdeckung des relativ großen, zahnrad-förmigen Rings an der Außenseite des Flagellenmotors. Obwohl der Flagellenmotor von C. crescentus bereits gut untersucht war, wurden seit einer alten Studie (Stallmeyer et al. 1989) keinerlei Beweise für eine solche Ringstruktur gefunden.

Publications

• 2017. Bacterial Flagellins: Does Size Matter? Trends Microbiol. 26(7): 575-581
  Thomson, Nicholas M.; Rossmann, Florian M.; Ferreira, Josie L.; Matthews-Palmer, Teige R.; Beeby, Morgan & Pallen, Mark J.
  
• 2018. Insights into the evolution of bacterial flagellar motors from highthroughput in situ electron cryotomography and subtomogram averaging. Acta Cryst. D. 74(6):585-594
  Rossmann, Florian M. & Beeby, Morgan
  
• 2019. γ-proteobacteria eject their polar flagella under nutrient depletion, retaining flagellar motor relic structures. PLoS Biology. 17(3): e3000165
  Ferreira, Josie L.; Gao, Forson Z.; Rossmann, Florian M.; Nans, Andrea; Brenzinger, Susanne; Hosseini, Rohola; Wilson, Amanda; Briegel, Ariane; Thormann, Kai M.; Rosenthal, Peter B. & Beeby, Morgan
  
• 2020. In situ structure of the Caulobacter crescentus flagellar motor and visualization of binding of a CheY-homolog. Molecular Microbiology
  Rossmann, Florian M.; Hug, Isabelle; Sangermani, Matteo; Jenal, Urs & Beeby, Morgan