Ursachen und Folgen der Multizellularität in Streptomyces

• Antragstellerin: Professorin Dr. Natalia Tschowri
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 503748399

Antibiotika-produzierende Streptomyceten stellen ein einzigartiges, genetisch manipulierbares System zur Untersuchung der bakteriellen Multizellularität dar. Während ihres vegetativen Wachstums bilden sie vielzellige Filamente aus, die durch Querwände in zusammenhängende Kompartimente geteilt sind. Diese filamentöse Form bedingt die Ausbildung von multihyphaler Myzelpellets, die sich zu Kolonien weiterentwickeln. Koordinierte Arbeitsteilung in Kolonien bestimmt welche Subpopulation die Sporulation zur Reproduktion einleitet und welche Zellfraktion Antibiotika zum Schutz der Nährstoffe produziert, die durch Apoptose freigesetzt werden. Welche molekularen Mechanismen diese mehrdimensionale Multizellularität in Streptomyces kontrollieren und welche evolutionären Vorteile sie mit sich bringt, ist jedoch kaum verstanden.In diesem interdisziplinären Projekt bietet die synergetische Zusammenarbeit zwischen einer Molekularbiologin und eines Evolutionsbiologen eine ausgezeichnete Möglichkeit, die molekularen Ursachen sowie die Folgen der multizellulären Form in Streptomyces zu untersuchen. Die molekulare Perspektive der vorgeschlagenen Forschung baut auf einer vorläufigen Suppressoranalyse auf, die das Nukleoid-assoziierte Protein Lsr2 und den Transkriptionsregulator SsgR als Schlüsselfaktoren identifiziert, die den Wechsel von Uni- zur Multizellularität bestimmen. Das Spektrum relevanter molekularer Faktoren, die die Vielzelligkeit bestimmen, werden wir durch phänotypische Manipulation mittels experimenteller Evolution erweitern. Die Auswirkungen der Form und Architektur auf die Fitness von Stämmen mit unterschiedlichen ein- bis mehrzelligen Morphologien werden wir in Studien zur Ressourcenumwandlung und in Kompetition Analysen untersuchen. Wir werden quantifizieren, wie sich die veränderte Größe und Morphologie auf die Antibiotikasynthese und die Arbeitsteilung auswirkt und analysieren, wie der Hyphentod den intrazellulären Transport beeinflusst.Insgesamt stellen unsere kombinierte Expertise und die vorläufigen Daten eine starke Grundlage dar, um neue Erkenntnisse zur Genetik und evolutionären Konsequenzen der bakteriellen Multizellularität zu gewinnen. Diese Studie bringt auch ein großes Potential mit sich, neue Ansätze zur Manipulation multizellulärer Phänotypen zu identifizieren, um die Produktivität und Vielfalt von industriell wichtigen Naturstoffen von Streptomyceten, zu erhöhen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2389: Emergente Funktionen der bakteriellen Multizellularität
• Internationaler Bezug: Niederlande
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Daniel Rozen, Ph.D.