Allokation von Ressourcen in thermophilen, acetogenen Bakterien während langsamen Wachstums

• Antragstellerin: Dr. Franziska Maria Mueller
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 504745114

Für kompetitives Wachstum müssen Bakterien Ressourcen effizient auf Katabolismus, Anabolismus und Erhaltungsprozesse aufteilen. Das Ressourcenallokationsmodell soll die Verteilung zellulärer Ressourcen auf diese Prozesse bestimmen und zum Verständnis von Zellen auf Systemebene beitragen. Wegen des hohen Proteinanteils von Zellen und des hohen Energiebedarfs für die Proteinproduktion entfällt der größte Teil der Energieverteilung auf die Proteomallokation. Escherichia coli und das Archaeum Methanococcus maripaludis, die beide in fluktuierenden Umgebungen leben, nutzen z.B. verschiedene Ressourcenallokationsstrategien. E. coli, das einen flexiblen Katabolismus hat, lenkt bei schnellem Wachstum durch Nutzung kürzerer und weniger ergiebiger kataboler Wege mehr Ressourcen in die Ribosomen- und Proteinproduktion. Bei M. maripaludis, das auf die Methanogenese beschränkt ist, bleiben die Ribosomenzahl und das katabole Proteom bei unterschiedlichen Wachstumsraten gleich, was vermutlich eine schnelle Reaktion auf veränderte Bedingungen ermöglicht. Dieses Projekt befasst sich mit der Ressourcenallokation im thermophilen, acetogenen Bakterium Thermoanaerobacter kivui. T. kivui hat einen flexibleren Metabolismus als M. maripaludis, ist aber im Vergleich zu E. coli limitiert und lebt in einer stabilen Umgebung. Es kann chemolithoautotroph mit Hilfe des Wood-Ljungdahl-Wegs sowie chemoorganoheterotroph z. B. mit Glukose wachsen. Wegen der Unterschiede bei Stoffwechsel und Lebensraum wird eine andere Strategie für die Ressourcenallokation erwartet. T. kivui soll unter chemoorganoheterotrophen Bedingungen mit unterschiedlichen Wachstumsraten in Chemostaten mit kataboler oder anaboler Limitation angezogen werden. Parameter dieser Zellen wie Größe (die sich bei vielen Bakterien mit der Wachstumsrate ändert) und Makromolekulargehalt (DNA- und RNA-Gehalt, Proteom) werden dann untersucht. Ein Schwerpunkt wird die Proteomanalyse sein, die die Proteomallokation auf die Subproteome der verschiedenen Stoffwechselwege zeigen wird. Die Anzahl der Ribosomen bzw. der aktiven Ribosomen wird bestimmt, um zu klären, wie T. kivui verschiedene Proteinproduktionsraten bei den jeweiligen Wachstumsraten erreicht. Dies wird Aufschluss über die Ressourcenallokation auf verschiedene Stoffwechselprozesse und die Reaktion von T. kivui bei langsamen Wachstumsbedingungen auf Systemebene geben. Insgesamt wird diese Studie Daten über die Ressourcenzuteilung in langsam wachsenden Bakterien aus konstanten Habitaten liefern und so zur Aufklärung ihrer Ökophysiologie und Strategien zur Reaktion auf Ressourcenbeschränkungen beitragen.Das Projekt wird in der Arbeitsgruppe von Prof. Spormann an der Stanford University durchgeführt, wo schon ähnliche Studien an M. maripaludis sowie Projekte mit T. kivui durchgeführt wurden. Für das Projekt kann ich auf Erfahrungen in der Forschung zum bakteriellen Stoffwechsel, z.B. mit Proteomanalysen, sowie zu Stoffwechselnetzwerken auf Systemebene aufbauen.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Alfred Spormann