Untersuchung der molekularen Mechanismen der Erkennung und des Abtötens von Beutezellen im Bodenbakterium Myxococcus xanthus

• Antragstellerin: Dr. Christine Kaimer
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 412048565

Das soziale Bodenbakterium Myxococcus xanthus tötet als bakterieller Räuber andere Mikroorganismen und nutzt ihre Biomasse als Energiequelle. Die vielschichtige Prädationsstrategie von M. xanthus beinhaltet die Sekretion bakteriozider Antibiotika und bakteriolytischer Enzyme, welche insbesondere die Prädationseffizienz multizellulärer Gruppen begünstigen. Allerdings können auch einzelne M. xanthus Zellen verschiedene Beutebakterien effizient abtöten. Hierbei stoppt eine M. xanthus Zelle ihre Bewegung in direktem Kontakt mit einer Beutezelle und induziert deren Zelltod und -lyse innerhalb weniger Minuten. Kürzlich konnten wir, an Hand der Charakterisierung von M. xanthus Mutanten in verschiedenen Co-Kulturexperimenten, zwei Proteinsekretionssysteme identifizieren, die das Zellkontakt-abhängige Töten von Beutebakterien vermitteln: Ein Tad-ähnliches (Tad) System wird zum Induzieren des Zelltods benötigt, während ein atypisches, Nadel-loses Typ-3-Sekretionssystem (T3SS*) die Lyse der Beutezelle einleitet. Die Mutation von Tad und T3SS* beeinträchtigt stark die Nutzung bakterieller Biomasse und minimiert das Schwarmverhalten von M. xanthus in Gegenwart von Beutebakterien. Fluoreszenzmikroskopie hat darüberhinaus gezeigt, dass Komponenten beider Sekretionskomplexe an der Kontaktstelle zwischen Räuber- und Beutezelle akkumulieren, vermutlich um toxische Effektoren in die Beutezelle zu transportieren. Um weitere Erkenntnisse über das funktionelle Zusammenspiel des Tad-ähnlichen Systems und T3SS* beim Abtöten von Beutezellen zu gewinnen, adressiert das beantragte Forschungsvorhaben zunächst die Proteintranslokation durch das ungewöhliche, Nadel-lose T3SS*: Substratproteine sollen identifiziert, deren Translokation in die Beutezelle nachvollzogen und die Rolle von Tad-Komponenten bei diesem Vorgang untersucht werden werden. Hierbei werden wir uns unter anderem Chaperonproteine zu Nutze machen, welche vermutlich über direkte Interaktion Substrate für die Translokation rekrutieren (eigene Vorarbeiten). Ein zweiter Fokus des Forschungsvorhabens ist der bisher unbekannte Mechanismus der Beutezellerkennung. Die Beobachtung, dass die Tad/T3SS*-Maschinerie nur bei Kontakt mit Beutebakterien, nicht aber mit M. xanthus Zellen akkumuliert, bietet einen neuen Ansatzpunkt, um der Frage nachzugehen, wie M. xanthus eine benachbarte Zelle als Beute identifiziert. Hierbei werden wir systematisch die Tad/T3SS*-Akkumulation in Kombination mit Beutezellen mit unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften und Verwandtschaftsgrad zu M. xanthus analysieren, und eine mögliche Rolle bekannter M. xanthus Oberflächenrezeptoren und des, ebenfalls vorhandenen, Typ-6-Sekretionssystems, einbeziehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen