Detailseite
Projekt
Untersuchung neuartiger Immunsysteme zur Abwehr von Phagen in nativen bakteriellen Wirten
Antragsteller
Professor Dr. Chase Beisel
Fachliche Zuordnung
Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465069819
Bakterien und Phagen befinden sich seit Milliarden von Jahren in einem evolutionären Wettrüsten, wobei Phagen neue Angriffsstrategien entwickeln und Bakterien die Gegenwehr verstärken. Restriktions-, CRISPR-Cas- und abortive Infektionssysteme galten lange Zeit als die wichtigsten Gegenmaßnahmen, mit denen sich Bakterien gegen Phagen zur Wehr setzen. Jüngste Arbeiten weisen jedoch auf ein weitaus größeres und vielfältiges Repertoire an Abwehrsystemen hin, die in der Welt der Bakterien vorhanden sind. Die Untersuchung dieser Systeme und deren Beitrag zur antiviralen Abwehr stellt eine große Herausforderung dar, um die Wechselwirkungen zwischen Bakterien und Phagen und ihre Auswirkungen auf die Umwelt und die mit uns lebenden Mikroben besser zu verstehen. Bisher waren die wenigen beschriebenen Beispiele dieser neuartigen Abwehrsmechanismen biochemische Studien oder basierten auf heterologer Expression in Standard-Laborstämmen. Im Gegensatz dazu sind bakterielle Abwehrsysteme oft in die Physiologie ihres Wirtes integriert und koexistieren mit anderen Abwehrsystemen. Unklar bleibt, wie diese Abwehrmechanismen in ihrem natürlichen Kontext funktionieren und welchen Schutz diese gegenüber den anderen inhärenten Abwehrsystemen bieten. Daher schlagen wir vor, die antiviralen Eigenschaften neu entdeckter Abwehrsysteme bei Stämmen zu untersuchen, die diese Mechanismen auf natürliche Weise nutzen. Wir haben dafür Zorya II als Fallstudie ausgewählt, da dieses System in Bakterien weit verbreitet ist und für mehrere Proteine mit unbekannten Funktionen kodiert. Entscheidend ist, dass diese Systeme in zahlreichen kultivierbaren, sequenzierten und kommerziell erhältlichen Stämmen von Escherichia coli zu finden sind, die auch andere Abwehrsysteme besitzen. Das vereinfacht die Untersuchung von Zorya II in seinem natürlichen Kontext. Unsere Arbeitshypothese ist, dass Zorya II durch eine mehrgleisige Strategie den Zelltod auslöst, durch chromosomale Zerstörung, und dass es eine nicht redundante Abwehr bietet, die die Bakterienpopulation vor weiterer Infektion durch Phagen schützt. Um diese Hypothese zu testen, verfolgen wir die folgenden zwei Forschungsziele: Ziel 1: Aufklären, wie Zorya II Immunität verleiht. Ziel 2: Bestimmen des spezifischen Beitrags von Zorya II zur antiviralen Abwehr.Diese Ziele werden durch umfangreiche bereits existierende Daten und die einzigartige Expertise des Arbeitsgruppenleiters in bakteriellen Abwehrsystemen, Genomeditierung und zellfreien Systemen unterstützt. Im Erfolgsfall wird die vorgeschlagene Arbeit eine mechanistische Beschreibung liefern, wie ein neuartiges System zur antiviralen Abwehr in seinem nativen Wirt beiträgt. Derartige Erkenntnisse würden die Mission des SPP 2330 unmittelbar unterstützen, indem sie neue Konzepte und Mechanismen für die antivirale Abwehr in Bakterien etablieren.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
