Wettkampf durch ColicinE2 Abgabe in Escherichia coli

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Madeleine Opitz
• Fachliche Zuordnung: Biophysik ; Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 396470437

Mikrobielle Interaktionen wie Kooperation oder der Wettkampf um Ressourcen bestimmen die dynamische Entwicklung und Zusammensetzung eines Ökosystems, beeinflussen die Diversität dieses Ökosystems, sowie die Interaktionen zwischen Mikroorganismen und einem Wirt. In den letzten Jahren wurden viele Interaktionsmechanismen aufgeklärt und umfassende Sequenzierungsmaßnahmen gaben Aufschluss über die Zusammensetzung verschiedener Ökosysteme. Dennoch ist ein grundlegendes Problem der mikrobiellen Ökologie, dass es kaum Modelsysteme gibt, die experimentelle und theoretische Ansätze kombinieren, um erklären zu können, wie Interaktionen einzelner Zellen die Dynamiken eines Ökosystems beeinflussen. In diesem Projekt, werden wir anhand des gut untersuchten ColicinE2 Modelsystems im Bakterium Escherichia coli untersuchen, in wie fern stochastische und deterministische Faktoren den Wettkampf von Bakterien durch Toxinabgabe beeinflussen. Dabei wollen wir durch eine experimentelle und theoretische Analyse verstehen, welche Faktoren den Ausgang eines Wettkampfes und damit die Zusammensetzung der bakteriellen Gemeinschaft bestimmen. In diesem Zusammenhang werden wir zwei verschiedene Strategien untersuchen, die von Toxin-produzierenden Bakterien genutzt werden können um Ihren Wettkampferfolg zu erhöhen: (i) heterogene Toxinproduktion, (ii) die Schaffung einer zeitlichen Verzögerung zwischen Toxinproduktion und -abgabe um die vorzeitige Abgabe ineffektiver Toxinkonzentrationen zu verhindern. Wir werden die Dynamiken der bakteriellen Interaktion in Raum-Expansions-Experimenten von der einzelnen Zelle bis hin zur Entwicklung der makroskopischen bakteriellen Kolonie analysieren und untersuchen in wie fern der Wettkampf-Ausgang mit den Anfangsbedingungen korreliert. Weiterhin, werden wir den Wettkampf des Toxinproduzenten mit Bakterien die sensitiv oder resistent gegenüber dem Toxin sind in Gegenwart verschiedener externer Stressstärken untersuchen. Dadurch wollen wir verstehen, wie robust und effektiv die oben genannten Strategien sind, und welche dieser Strategien die effektivste ist um die Dominanz des Toxinproduzenten zu gewährleisten. Zusammengefasst soll diese Studie zu einem besseren Verständnis stochastischer und deterministischer Faktoren, die bakteriellen Wettkampf durch Toxinproduktion kontrollieren, führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen