Charakterisierung von Anti-Phagen-Abwehrinseln in Mikroben

• Antragsteller: Professor Rotem Sorek, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 464312965

Bis heute wurden über 150 verschiedene Arten von Anti-Phagen-Abwehrsystemen beschrieben, von denen die meisten erst kürzlich entdeckt wurden. Diese neue Revolution in unserem Verständnis von Phagen-Abwehrsystemen wurde durch die Erkenntnis vorangetrieben, dass bakterielle Abwehrsysteme häufig an bestimmten genomischen Stellen, den so genannten "Abwehrinseln", angesiedelt sind. Die Eigenschaft ihrer bevorzugten genomischen Lokalisierung innerhalb von Abwehrinseln in verschiedenen mikrobiellen Genomen ermöglichte die Entdeckung von zahlreichen neuartigen Anti-Phagen-Abwehrsystemen. Das Ziel des aktuellen Projekts ist es, zu verstehen, was Abwehrinseln sind, wie sie über mikrobielle Genome verteilt sind und wie sie zur Verbreitung von Abwehrsystemen durch horizontalen Gentransfer beitragen. In der ersten Projektphase haben wir Methoden entwickelt, um die genauen Grenzen von Abwehrinseln in mikrobiellen Genomen zu bestimmen. Mit dieser Methode analysierten wir über 1000 E. coli Genome und fanden heraus, dass Abwehrinseln in E. coli in der Regel auf mobilen genetischen Elementen getragen werden, die bevorzugt an mehreren speziellen Hotspots im E. coli Genom integriert werden. Unsere Daten zeigen, dass die überwältigende Mehrheit des Pan-Immunsystems von E. coli auf Abwehrinseln liegt, die von mobilen genetischen Elementen getragen werden (Hochhauser et al, PLoS Genetics 2023). In der zweiten Projektphase werden wir die Analyse der Abwehrinseln auf ~50.000 Genome ausweiten, die sehr weit über den phylogenetischen Baum von Bakterien verteilt sind. Die genaue Bestimmung der Inselgrenzen wird es uns ermöglichen, Gemeinsamkeiten und Unterschiede in den Verbreitungsstrategien von Abwehrsystemen zwischen verschiedenen Bakterientypen zu verstehen und darüber hinaus neue Familien von Anti-Phagen-Abwehrsystemen zu entdecken, die bisher unentdeckt blieben.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2330: Neue Konzepte der Virus-Wirt Interaktion in Prokaryoten – von Einzelzellen zu mikrobiellen Gemeinschaften
• Internationaler Bezug: Israel