Die Ansäuerung des Cytoplasmas als bisher wenig erforschter Reiz für die Aktivierung der Säurestress-Adaptation in Escherichia coli

• Antragstellerin: Professorin Dr. Kirsten Jung
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 471254198

Auf der Erde gibt es viele Habitate, die einen niedrigen pH-Wert haben, wie zum Beispiel der Gastrointestinaltrakt der Wirbeltiere oder Gebiete mit sauren Böden. Obwohl die meisten Bakterien neutralophil sind, sind sie in der Lage in sauren Umgebungen zu überleben. Säurestress-Sensorik und -Anpassung ermöglichen es diesen Bakterien, dass bei moderatem Säurestress der intrazelluläre pH-Wert konstant bleibt. Bei stärkerem Säurestress jedoch sinkt der intrazelluläre pH-Wert neutralophiler Bakterien um ungefähr eine pH-Einheit, was Auswirkungen auf die Protonierung aller biologischen Moleküle und damit deren Ladung und Funktion hat. In den Vorarbeiten zu diesem Projekt haben wir Hinweise darauf gewonnen, dass diese Ansäuerung des Cytoplasmas von Escherichia coli genutzt wird, um regulatorische Prozesse zu aktivieren, die zu einer Säurestressresistenz beitragen. In diesem Projekt wollen wir Regulatoren identifizieren und charakterisieren, die bei einer Erniedrigung des pH-Wertes des Cytoplasmas aktiviert werden.Um dieses Ziel zu erreichen, haben wir das Projekt in zwei Teile gegliedert. Im ersten Teil werden wir einen systemischen Ansatz anwenden, um zelluläre Änderungen in Abhängigkeit von der Stärke des Säurestresses quantitativ zu erfassen. Basierend auf unseren Vorarbeiten ist die Methode der Wahl ein Ribosomen-Profiling, mit dem Änderungen in der Syntheserate aller Proteine und damit deren Kopienzahlen pro Zelle bestimmt werden sollen. Anschließend wollen wir alle neu identifizierten Regulatoren charakterisieren, um deren Funktion bei der zellulären Anpassung an Säurestress zuzuordnen. Im zweiten Teil des Projekts fokussieren wir uns exemplarisch auf den Transkriptionsregulator AdiY von E. coli, der infolge einer Ansäuerung des Cytoplasmas aktiviert wird. Im Mittelpunkt stehen pH-abhängige Struktur-Funktionsstudien und die Aufklärung des an AdiY bindenden Liganden. Des Weiteren prüfen wir die spannende Hypothese, ob infolge einer verstärkten Protonierung der Moleküle die Geschwindigkeit von AdiY, die DNA-Bindestelle zu finden, durch einen Rutschprozess entlang der DNA, das sogenannte „1D-sliding“, beschleunigt wird. Mit den Untersuchungen zur molekularen Charakterisierung der zellulären Vorgänge infolge einer Ansäuerung des Cytoplasmas fokussieren wir auf ein bisher wenig erforschtes Phänomen in der Säurestress-Anpassung von E. coli, als Vertreter der Gram-negativen Bakterien.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen