Molekularer Mechanismus der Zellkrümmung im spiralförmigen Bakterium Rhodospirillum rubrum

• Antragsteller: Professor Dr. Martin Rudolf Thanbichler
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 450420164

Bakterien zeigen eine große morphologische Vielfalt, die in der Regel durch unterschiedliche Zellwand-Architekturen ermöglicht wird. Der Fokus bisheriger Arbeiten lag überwiegend auf der bei Standard-Modellorganismen üblichen Stäbchenform, die durch das Zusammenspiel von zwei Proteinkomplexen (dem Elongasom und dem Divisom) generiert wird. In diesen Komplexen sind synthetische, lytische und regulatorische Proteine zusammengefasst, die in koordinierter Weise auf die Zellwand einwirken und so die zylindrischen bzw. sphärischen Anteile des Zellkörpers generieren. Die Mechanismen, die zu komplexeren Zellformen führen, sind bislang aber noch kaum untersucht. Weit verbreitete Abwandlungen der Stächenform sind gebogene oder spiralige Morphologien, die durch unterschiedlich schnelles Wachstum des Zellkörpers an seiner inneren und äußeren Biegung entstehen. Gebogene Zellformen sind bei Bakterien weit verbreitet. Allerdings bestehen zwischen verschiedenen Bakteriengruppen fundamentale Unterschiede in den dafür verantwortlichen Mechanismen, und selbst für gut untersuchte Systeme ist die Wirkungsweise der beteiligten Zellformdeterminanten weitgehend ungeklärt. Der vorliegende Antrag beschäftigt sich mit der Etablierung der Zellform im spiralförmigen Bakterium Rhodospirillum rubrum. Unsere Vorarbeiten führten zur Identifizierung eines neuartiges Zellwand bindenden Lipoproteins (PapS), das eine filamentartige Struktur in der äußeren Biegung der Zellen von R. rubrum bildet und für die Ausbildung ihrer Spiralform essentiell ist. PapS ist in den Vertretern der Familie Rhodospirillaceae, die zahlreiche gebogene und spiralförmige Spezies umfasst, stark konserviert und stellt somit vermutlich eine zentrale Zellformdeterminante in dieser Familie dar. Ziel des Antrags ist es, die Funktion von PapS mit einer Kombination von zellbiologischen, genetischen, biochemischen und biophysikalischen Ansätzen aufzuklären. Die geplanten Analysen beleuchten einen neuartigen und weit verbreiteten Mechanismus der Formgebung in Bakterien und tragen so zu einem besseren generellen Verständnis der bakteriellen Zellwand-Biosynthese und Morphogenese bei.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen