Evolution regulatorischer Netzwerke zur Koordination der multizellulären Differenzierung und des Lebenszyklus von Streptomyceten

• 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 zählen zu den wichtigsten Modellorganismen für die Erforschung bakterieller Mehrzelligkeit. Ihr komplexer Lebenszyklus beginnt mit der Keimung von Sporen. Nach Ausbildung von Filamenten, die über Spitzenverlängerung und seitliche Verzweigungen wachsen, entsteht ein großes, stark vernetztes Myzel. Wenn die verfügbaren Nährstoffe zur Neige gehen, differenziert sich ein Teil des Myzels zu Lufthyphen, die sich schließlich in lange Ketten umweltresistenter Sporen verwandeln. Auch wenn inzwischen viele wichtige Regulationsmechanismen der mehrzelligen Entwicklung von Streptomyces bekannt sind, haben wir nur ein begrenztes Verständnis dazu, welche Vorgänge und Mechanismen die Evolution von neuartigen multizellulären Formen determinieren und welche ökologischen Faktoren, zur Selektion von Übergangsformen der mehrzelligen Morphologien beitragen. Unser übergeordnetes Ziel in diesem Projekt ist es, diese Fragen unter Verwendung der mehrzelligen Streptomyces als Model zu beantworten. In der ersten Förderperiode dieses Schwerpunktprogramms haben wir unsere Expertise in molekularer Mikrobiologie und Evolution vereint, um die kausalen Zusammenhänge zwischen multizellulärer Form und Funktion zu verstehen. Mittels experimenteller Evolution deckten wir starke Wechselwirkungen zwischen Koloniegröße, Architektur und Lebensverlauf auf. Wir identifizierten genetische Veränderungen in den evolvierten Stämmen, die diese Merkmale beeinflussen, und überwiegend in globalen Regulatoren sowie c-di-GMP- und Quorum Sensing-Komponenten auftreten. In der zweiten Förderphase des SPP 2389 ist es unser Ziel, die Folgen dieser genetischen Veränderungen auf Existenzform und Funktion zu analysieren. Dazu werden wir molekulargenetische und biochemische Methoden mit Ansätzen der mikrobiellen Ökologie und Evolution kombinieren, um Fitness, Netzwerkdynamik, und Arbeitsteilung zu charakterisieren. Dieser neuartige Ansatz der bakteriellen Evolutions- und Entwicklungsbiologie (Evo-Devo) verspricht daher einen entscheidenden Beitrag zu unserem Verständnis der Multizellularität von Streptomyces zu leisten und so maßgeblich zur Erreichung der Ziele dieses SPP-Schwerpunktprogramms beizutragen.

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