EtransColi: Eine multidisziplinäre Studie zur Trans-Translations-Regulation von Escherichia coli unter Stressbedingungen

• Antragstellerin: Dr. Adelaide Raguin
• Fachliche Zuordnung: Bioinformatik und Theoretische Biologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 470067901

EtransColi ist ein multidisziplinäres Projekt, das Experimente und rechnergestützte Modellierung in einem systembiologischen Ansatz integriert. Unser Ziel ist es, zu verstehen, wie die trans-Translation die Proteinproduktion reguliert, indem sie mRNAs dort abbaut, wo festgefahrene Ribosomen entdeckt werden. Wir werden neue grundlegende Erkenntnisse über die Mechanistik und Kinetik dieses Regulationsprozesses gewinnen und die Fähigkeit unseres Rechenmodells zur Vorhersage rekombinanter Proteinexpression demonstrieren, um Gene mit verbesserter Expression zu entwerfen. Das Projekt ist in drei Phasen organisiert, um die Vorhersagekraft des Modells schrittweise auszuarbeiten. Zuerst werden wir das Modell auf E. Coli kalibrieren, die unter normalen Bedingungen gezüchtet werden, dann werden wir einen plötzlichen akuten Hungerstress nachahmen, indem wir geladene tRNAs chemisch abreichern, und schließlich werden wir die rekombinante Proteinexpression vorhersagen, die ebenfalls ein milderer Aminosäurenstress ist. In diesem letzten Schritt wird die rekombinante Expression von hochwertigen menschlichen Antikörpern getestet. Das Projekt wird bahnbrechende Erkenntnisse und ein leistungsfähiges theoretisches Werkzeug auf der Grundlage stochastischer Simulationen liefern, die vollständig mit experimentellen Daten kalibriert werden. Wir werden modernste Programmiermethoden einsetzen, um ein Modell mit beispielloser Simulationseffizienz und -genauigkeit zu entwickeln. In dem Modell werden detaillierte Translationsprozesse für den kompletten Satz von E. coli-mRNAs beschrieben und auf der Codon-Skala aufgelöst. Die trans-Translation ist in Bakterien allgegenwärtig, analog zu den Ribosomen-Rettungsprozessen in Hefe und Säugetieren, und sie hat sich vor kurzem als antibiotisches Ziel herausgestellt. Da das Modell frei und offen geteilt werden wird, erwarten wir daher eine große Wiederverwendung und großes Interesse. Ein wichtiger Teil des Projekts wird die Ausbildung eines Doktoranden/einer Doktorandin sein, deshalb haben wir das EtransColi-Projekt so konzipiert, dass dieser/diese von einer engen Zusammenarbeit mit der Theorie profitieren wird, während er/sie gleichzeitig in den modernsten experimentellen Techniken geschult wird. Die verschiedenen spezifischen Methoden des Projekts werden von einem breiten Team von engagierten und begeisterten Partnern unterstützt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Professorin Dr. Zoya Ignatova