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Projekt
Welche Rolle spielen Cyanophagen-kodierte metabolische Hilfsgene in der Virozelle?
Antragstellerin
Professorin Dr. Nicole Frankenberg-Dinkel
Fachliche Zuordnung
Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 464877090
Marine Cyanobakterien der Gattungen Synechococcales und Prochlorococcales sind die am häufigsten vorkommenden prokaryotischen Phototrophen in den Ozeanen. Diese Cyanobakterien werden durch virale Infektionen stark herausgefordert, wobei bis zu 40 % der Bakterienpopulation durch Phagen infiziert sind. Im Meer haben Cyanophagen einen bedeutenden Einfluss auf Ökologie, Evolution und biogeochemische Prozesse. Sie sind am Nährstoffrecycling beteiligt, kontrollieren die Wirtspopulation und dienen als Vehikel für Gentransfer und Nischenanpassung. Die Infektion eines Bakteriums durch einen Phagen verwandelt die Wirtszelle in eine so genannte Virozelle, in der sowohl das Virus- als auch das Wirtsgenom parallel exprimiert werden. Die Virozelle kann sich nicht mehr teilen, sie dient lediglich der Produktion von Virionen zur Vermehrung von Phagengenen. In diesem Zustand werden signifikante Veränderungen in verschiedenen Stoffwechselwegen des Wirtes induziert, welche noch durch Phagen-kodierte metabolische Hilfsgene (AMGs) erweitert werden. Letztere stehen oft in Zusammenhang mit Photosynthese und Lichtsammlung und ergänzen vermutlich den erforderlichen Stoffwechselbedarf. Ein grundlegendes Verständnis der biochemischen Eigenschaften der AMG-kodierten Proteine ist erforderlich, um die viralen Strategien aufzuklären, die für einen optimalen viralen Replikationszyklus notwendig sind. Die biochemische Charakterisierung vieler AMG kodierter Photosynthese-Proteine weist darauf hin, dass sie oft hocheffiziente Enzyme kodieren, die sich erheblich von ihren Gegenstücken im Wirt unterscheiden und wahrscheinlich die Umleitung des Stoffwechsels der Virozelle ermöglichen. Im Rahmen dieses Schwerpunktprogramms soll die Rolle der AMG-kodierten Proteine in der Virozelle, ihre Wechselwirkung mit Wirtsproteinen sowie ihre Entbehrlichkeit untersucht werden. Insbesondere soll die Virozelle von Synechococcus sp. WH8109 mit den Cyanophagen Syn9 und S-SSM7 unter blauem und grünem Licht, das unterschiedliche Tiefen in der Wassersäule repräsentiert, untersucht werden. Mittels Massenspektrometrie-basierter Proteomik wird das Verhältnis von Wirts- zu Phagenproteinen mit Fokus auf Proteinen der Lichtsammlung und Pigmentbiosynthese bestimmt. Durch genetische Manipulation des Phagengenoms soll die Rolle ausgewählter AMGs bei der Vermehrung von Virionen bestimmt werden. Zusätzlich werden physiologische Photosynthese-Parameter (Lichtsättigungspunkte, O2-Freisetzung, pH-Wert unter eingesetzter Lichtfarbe), sowie ökologische Parameter wie die Nährstofffreisetzung (Protein, Glykogen, Phosphate) in Wirt und Virozellen untersucht. Schließlich werden ausgewählte AMG-kodierte Proteine biochemisch untersucht und mit den entsprechenden Wirtsgegenstücken verglichen. Insgesamt wird dieses Projekt zur Rolle der Cyanophagen bei der Regulierung der marinen Photosynthese und des Nährstoffkreislaufs beitragen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
