Rekonstruktion von ancestralen Sequenzen und funktionelle Expression der an der Biogenese von bakteriellen Magnetosomen beteiligten Proteine

• Antragsteller: Professor Dr. Dirk Schüler
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Bioinformatik und Theoretische Biologie ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 446072859

Magnetotaktische Bakterien (MTB) verfügen über die Fähigkeit zur Biomineralisation von intrazellulären ferrimagnetischen Nanopartikeln in speziellen membranumgebenen Organellen, den sog. Magnetosomen. Die Biosynthese der sehr vielfältigen Magnetosomenformen ist ein strukturell und genetisch komplexer Prozess, der durch mehr als 30 Proteine gesteuert wird, die in großen, zusammenhängenden Genclustern innerhalb einer sog. Magnetosomeninsel (MAI) kodiert sind. Die Evolution des Magnetosomen-Organells und seiner strukturellen Diversität ist bisher unerforscht, ebenso sind die ancestralen Funktionen und Selektionsmechanismen für die Diversifikation der Magnetosomenproteine unbekannt. In ANCESMAG werden wir (i) die bisher unbekannte genetische Diversität der Magnetosomenbiosynthese durch die Genomsequenzierung von besonders ursprünglichen MTB vervollständigen, (ii) die Zusammensetzung der diversen Magnetosomen-Gencluster identifizieren sowie die Evolution der Magnetosomenproteine entschlüsseln und (iii) die ancestralen Sequenzen der Magnetosomengene auf unterschiedlichen taxonomischen Ebenen rekonstruieren. Schließlich sollen (iv) rekonstruierte und synthetisierte Paläo-Versionen der wichtigsten Magnetosomengene in einem magnetoaktischen Modell-Organisms funktional exprimiert und die "wiedererweckten" magnetischen Paläo-Phänotypen charakterisiert werden. Dazu werden wir interdisziplinäre Ansätze mit Methoden der Paläogenomik und synthetischen Biologie kombinieren. Insgesamt ist zu erwarten, dass das geplante Projekt neue grundlegende Einblicke in die generelle Evolution der Biomineralisation und Entwicklung von Organellen liefern wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Dr. Christopher Lefèvre; Professor Dr. Guy Perrière