Zell-Oberflächeninteraktion von Shewanella oneidensis MR-1 - die Rolle von eDNA und nukleolytischer Aktivität

• Antragsteller: Professor Dr. Kai Thormann
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 43106633

Im Rahmen des DFG-finanzierten Vorläuferprojektes TH831/3-1 wurde die globale zelluläre Transkriptions-Antwort von Shewanella oneidensis MR-1 bei der Assoziation mit Oberflächen analysiert. Dabei konnten wir zeigen, dass der Oberflächenkontakt und -wachstum zur Aktivierung der Prophagen führt, resultierend in der Lyse einer Subpopulation der Zellen und der Freisetzung extrazellulärer DNA (eDNA). Letztere dient in der Folge als wichtiger Faktor in der Vermittlung von Zell-Zell- und Zell-Oberflächen-Adhesion, ein weit verbreitetes, jedoch kaum verstandenes Phänomen bei Bakterien. Zusätzlich wird während der frühen Biofilmbildung verstärkt ExeM produziert, eine für die normale Biofilmbildung essentielle zelloberflächenassoziierte Nuklease. Diese ist in einer Reihe bakterieller Spezies konserviert, bisher aber kaum charakterisiert. Damit, auf Basis des vorangegangen Projektes, stellt S. oneidensis MR-1 ein hervorragendes Modellsystem für fundamentale Studien bezüglich Zell-Oberflächen-Interaktionen sowie der Rolle von eDNA und nukleolytischer Aktivität dar.Im vorgestellten Projekt soll daher eine umfangreiche Charakterisierung von ExeM durchgeführt werden. Dazu werden das Protein sowie dessen einzelne Domänen heterolog überproduziert und die in vitro-Aktivität in Hinsicht auf Nukleinsäuredegradation und Zelloberflächeninteraktion untersucht. Komplementär dazu werden in vivo-Funktionstudien anhand definierter Mutanten durchgeführt. Zudem soll die genaue Lokalisierung und potientielle Aktivierung des Proteins mittels Elektronenmikroskopie analysiert werden. Weiterhin dient die Induzierung der Expression von exeM bei Oberflächenkontakt zur Identifzierung der Signale und Regulation der frühen Biofilmbildung. Dazu werden lacZ und cfp/gfp/yfp-basierte Reportersysteme erstellt, die die Quantifizierung und zeitlich/räumliche Lokalisierung der Expression von exeM in definierten Mutanten erlauben. Zusätzlich wird die Rolle der nukleolytischen Aktivität bei der effektiven Biofilmbildung und Konkurrenz gegenüber anderen bakteriellen Spezies charakterisiert.In einem zweiten parallelen Ansatz werden Rolle und Eigenschaften der eDNA genauer untersucht. Dazu werden heterolog produzierte, hochspezisch DNA-bindende Proteine an die eDNA fixiert und anschließend verwendet, um diese DNA und andere gebundene Proteine zu isolieren. Durch diesen neuartigen Ansatz sollen Faktoren identifiziert werden, die potentiell eine Rolle bei der strukturellen Integrität des Biofilms darstellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen