Strukturbiologie von Bacillus Subtilis Biofilmen

• Antragsteller: Professor Dr. Hartmut Oschkinat; Professor Dr. Bernhard Spengler
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 447979934

Mikroorganismen bilden oberflächengebundene Gemeinschaften, die als Biofilme bezeichnet werden und einen synergistischen Lebensstil fördern. Sie enthalten eine extrazelluläre Matrix (ECM) die Schutz vor Umweltstress bietet, wie etwa Immunreaktionen des Wirts oder eine Antibiotikabehandlung. Biofilme führen zu gesundheitlichen Komplikationen, zum Beispiel im Zusammenhang mit Implantaten oder auf Zähnen. Es ist wichtig, die Prinzipien zu verstehen, nach denen die ECM aufgebaut ist, zumal ihre Bestandteile nicht nur strukturelle Funktionen erfüllen, sondern auch an Signalprozessen beteiligt sein können. Ein verbessertes Wissen über die Struktur und Funktion der ECM könnte die Entwicklung neuer und besser zugeschnittener antibakterieller Behandlungen ermöglichen, insbesondere solche, die gegen biofilmbildende (antibiotikaresistente) Krankheitserreger gerichtet sind. Es fehlt jedoch an methodischen Ansätzen, um die in vivo-Situation auf molekularer Ebene zu untersuchen. Jüngste Entwicklungen in der Festkörper-NMR, der Elektronenmikroskopie und der Bildgebung durch Massenspektrometrie versprechen bisher ungekannte Einblicke in die ECM und insbesondere in die Verteilung der einzelnen Komponenten und deren Wechselwirkungen. Als Modellsystem dienen uns Biofilme des gram-positiven Organismus B. subtilis. Sie sind attraktive Ziele, da bereits eine Reihe von mechanistischen Studien vorliegen. Im Rahmen dieses Antrags bestimmen wir die in-vivo-Struktur der Film-bildenden TasA-Fibrillen, untersuchen ihre Genese sowie die Wechselwirkungen mit TapA und EPS in vitro und in Biofilmen mit biophysikalischen und Strukturmethoden, und untersuchen die Gesamtzusammensetzung des Biofilms. Das langfristige Ziel dieses Projekts ist eine umfassende, ausreichend aufgelöste Darstellung der Biofilmstruktur auf verschiedenen Skalen. Als langfristiges Ziel sollen Gradienten von großen oder kleinen Komponenten (z.B. für Quorum Sensing) über einen ganzen Biofilm oder innerhalb der ECM zu erfasst werden. Die Ergebnisse sind für das Verständnis des Überlebens und der Infektiosität von B.anthracis und B.aureus relevant.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Kürsad Turgay