Aufklärung der Bedeutung von Flavodoxinen im intestinalen Pathogenen Clostridioides difficile

• Antragstellerin: Dr. Susanne Sievers
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 453440095

Das strikt anaerobe, darmpathogene Bakterium Clostridioides difficile ist Verursacher einer der problematischsten nosokomialen Infektionen. Symptome einer C. difficile Infektion (CDI) reichen von leichtem Durchfall bis hin zu lebensbedrohlichen Entzündungen der Darmschleimhaut. Die Fähigkeit des Bakteriums, hochresistente Endosporen zu bilden, die sich sogar einer Behandlung mit Antibiotika entziehen, macht die CDI – Therapie besonders schwierig und ist gleichzeitig Grund für die enorm hohe Rückfallrate bei dieser Infektionskrankheit.Im Darm des Menschen wird C. difficile mit geringen Konzentrationen von Sauerstoff und reaktiven Sauerstoffspezies, die vom Immunsystem produziert werden, konfrontiert. Trotz seiner eigentlich strikt anaeroben Lebensweise kann C. difficile unter diesen Bedingungen im Wirt überleben. Für einige C. difficile Stämme wurde sogar eine besonders hohe Toleranz gegenüber Sauerstoff beschrieben. Doch die molekularen Hintergründe, wie das Bakterium oxidativen Stress wahrnimmt, wie das Signal verarbeitet und weitergeleitet wird und wie letztendlich die Stressantwort initiiert und reguliert wird, sind bisher kaum verstanden. Zelluläre Strukturen mit Flavin-Kofaktor sind häufig in die oxidative Stressantwort involviert. Wir konnten im C. difficile Genom eine überdurchschnittlich hohe Anzahl von Genen identifizieren, die für putative Flavodoxine kodieren. Flavodoxine sind kleine Proteine von besonderer Struktur und besitzen einen Flavin-Mononukleotid (FMN)-Kofaktor. Dieser Kofaktor ist in der Lage, einzelne Elektronen zu übertragen, wodurch Radikale erzeugt oder neutralisiert werden können. Keines der 8 putativen C. difficile Flavodoxine konnte bisher funktionell charakterisiert werden. Die Tatsache, dass Flavodoxine in höheren Eukaryoten fehlen, in anderen Bakterien als essentiell nachgewiesen wurden und ihnen in einigen Pathogenen eine wesentliche Rolle in der Virulenz zugeschrieben wurde, macht sie allerdings zu potentiellen Zielstrukturen in neuartigen antimikrobiellen Therapien. In diesem Projekt soll die Funktion der 8 putativen Flavodoxine in C. difficile charakterisiert werden, um solche Flavodoxine zu identifizieren, die für den Keim und dessen Virulenz essentiell sind. Dazu werden die 8 Flavodoxine einer detaillierten in-silico Analyse unterzogen, ihre Expressionsprofile werden aufgenommen und mittels Knock-down-Mutagenese wird ihre Essentialität bestimmt. Des Weiteren werden in globalen Proteomics-Analysen mögliche Interaktionspartner und Interaktionsnetzwerke der Flavodoxine identifiziert. Mit Affinitätstag versehene Flavodoxine werden eingesetzt, um direkt bindende Proteine in-vitro „herauszufischen“ und massenspektrometrisch zu identifizieren.Zusammenfassend wird dieses Vorhaben nicht nur allgemein die Rolle von Flavodoxinen in Bakterien weiter erleuchten, sondern resultiert hoffentlich in der Entdeckung einer vielversprechenden neuen Zielstruktur für die CDI Therapie.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen