Manipulation metabolischer Flüsse in Pseudomonas aeruginosa durch den globalen Botenstoff c-di-GMP

• Antragsteller: Dr. Alexander Klotz
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 423942285

Pseudomonas aeruginosa ist einer der bedeutendsten bakteriellen Krankheitskeime des Menschen und verursacht ein breites Spektrum an akuten sowie chronischen Infektionen. Aufgrund der starken Anhäufung von Antibiotikaresistenzen wurde P. aeruginosa von der WHO jüngst zu einem Krankheitserreger mit allerhöchster Priorität eingestuft (‘critical priority’). Durch seinen hoch flexiblen und präzise regulierten Metabolismus ist P. aeruginosa in der Lage sich an verschiedenste Umweltbedingen anzupassen, eine Vielzahl von Wirtsorganismen zu infizieren und sich erfolgreich auf verschiedensten Geweben des Wirtes niederlassen. Über die Rolle des zentralen Kohlenstoffmetabolismus und dessen Regulation im Wirt ist nur wenig Information verfügbar. In den letzten Monaten ist es mir gelungen, die Glycerinaldehyd-3-Phosphat-Dehydrogenase (GAPDH), ein Schlüsselenzym des zentralen Kohlenstoffmetabolismus, als potentiellen Effektor des Botenstoffes zyklisches-di-GMP (cdG) zu ermitteln. P. aeruginosa besitzt drei Paraloge der GAPDH: GapA, GapB und GapC. Meine vorläufigen Ergebnisse zeigen, dass cdG spezifisch und hoch-affin an GapC bindet und dass die verschiedenen GAPDHs spezifische Funktionen im Kohlenstoffmetabolismus einnehmen. Diese Ergebnisse deutet darauf hin, dass cdG-vermittelte Regulation von GapC zentral in den Kohlenstofffluss von P. aeruginosa eingreift. Bemerkenswerterweise ist eine Beeinflussung von cdG auf den bakteriellen Metabolismus noch komplett unerforscht, wohingegen die Rolle von cdG in der Regulation von diversen zellulären Prozessen wie Motilität, Oberflächenanhaftung und Virulenz gut beschrieben sind.Hier schlage ich eine Untersuchung der cdG-abhängigen Regulation von GapC auf struktureller, biochemischer und zellulärer Ebene vor. Die atomaren Details der Ligandeninteraktion sowie deren Effekt auf die Katalyse sollen aufgeklärt werden. Diese Informationen liefern die Grundlagen für die Untersuchung der physiologischen Rolle von cdG-gesteuerter GapC Regulation in P. aeruginosa in vitro, in in vivo-ähnlichen Modellsystemen und in einem einfachen Galleria Tiermodell. Kohlenstoffflussanalysen von Laborstämmen und von klinischen Stämmen, welche aus chronisch infizierten Mukoviszidose-Patienten isoliert wurden, sollen Aufschluss über die genaue Rolle von GapC und seiner Regulation durch cdG geben. In einem weitergehenden Schritt werden zelluläre Biomarker entwickelt, die es erlauben die Kontrolle des Kohlenstoffflusses in vivo und auf Einzelzellebene zu analysieren. Diese Studien werden aufzeigen, wie der Kohlenstoffmetabolismus durch einen globalen Botenstoff angepasst wird und detaillierte Einblicke liefern in die Kontrolle zentraler metabolischer Prozesse in einem der wichtigsten menschlichen Pathogene. Das langfristige Ziel besteht darin einen Nutzen für den Patienten aus den gewonnenen Informationen über die bakteriellen metabolischen Vorgänge zu ziehen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Gastgeber: Professor Dr. Urs Jenal