Selbstorganisation als Basis bakterieller chromosomaler Segregation
Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des Projekts war es, die Mechanismen der DNA-Segregation zu verstehen, wobei der Schwerpunkt auf Plasmiden mit geringer Kopienzahl und dem ParABS-Verteilungssystem lag. Mithilfe fortschrittlicher Mikroskopie und computergestützter Modellierung konnten wir zeigen, dass das F-Plasmid durch eine wirksame, federähnliche Kraft regelmäßig entlang der Zelllänge positioniert wird. Ein neues vereinheitlichendes Modell konnte dieses und andere unterschiedliche Verhaltensweisen des Plasmids, wie z. B. Oszillation und Diffusionsbewegung, erklären und sagte einen Übergang zu einer oszillatorischen Dynamik bei niedrigen Plasmidkonzentrationen voraus, was experimentell bestätigt wurde. Die Studie deckte auch einen Verteilungsmechanismus auf, bei dem das DNA-bindende Protein ParA kollektiv zwischen den Lappen der zweilappigen Nukleoide wandert und eine gleichmäßige Verteilung des Plasmids fördert. Für diese Erkenntnisse wurde ein von uns entwickeltes Instrument zur genauen Verfolgung von sich replizierenden DNA-Loci eingesetzt. Dies lieferte auch neue Erkenntnisse über die Kontrolle der Plasmid-Kopienzahl und die Dynamik der bakteriellen Chromosomenreplikation. Insgesamt verbessern diese Ergebnisse unser Verständnis der DNA-Segregation und bieten Werkzeuge für breitere Anwendungen in der Chromosomenbiologie.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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High-throughput imaging and quantitative analysis uncovers the nature of plasmid positioning by ParABS. eLife, 11.
Köhler, Robin; Kaganovitch, Eugen & Murray, Seán M.
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★Track: Inferred counting and tracking of replicating DNA loci. Biophysical Journal, 122(9), 1577-1585.
Köhler, Robin; Sadhir, Ismath & Murray, Seán M.
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Plasmid partitioning driven by collective migration of ParA between nucleoid lobes. Proceedings of the National Academy of Sciences, 121(18).
Köhler, Robin & Murray, Seán M.
