Bakteriophagen-Infektion an Glykan-Außenhüllen Gram-negativer Bakterien - Struktur und Funktion des Siphovirus-Infektionsapparats

• Antragstellerinnen: Professorin Dr. Stefanie Barbirz; Dr. Nina Bröker
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Strukturbiologie ; Virologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 505655091

Bakterielle Viren (Bakteriophagen) bringen ihr Genom in Bakterien ein. Für ihre ersten Infektionsschritte nutzen sie dabei oft Schwanzapparate. Diese binden die Bakteriophagen an die Zelloberfläche und starten so den Transfer von DNA ins Zellinnere. Man beobachtet bei Bakteriophagen nur drei typische Schwanzformen, dabei sind Siphoviren mit langen, nicht kontraktilen Schwänzen am häufigsten. Sie sind den verschiedenen Typen der bakteriellen Außenhüllen ihrer Wirte durch eine hohe Variabilität in ihren Basisplatten- und Rezeptorproteinen angepasst. Bisher ist jedoch unklar, wie diese unterschiedlichen Infektionsapparate bei der Adsorption des Bakteriophagen an die Wirtsoberfläche funktionieren. Insbesondere die Signalprozesse, die zur Neuordnung der Proteine im Schwanzapparat und damit zur Partikelöffnung führen, sind bisher auf molekularer Ebene nicht ausreichend beschrieben. Ziel des Französisch-Deutschen Kooperationsprojekts ist es, mit cryo-Elektronenmikroskopie (cryoEM), die erste Struktur eines Siphovirus-Schwanzapparates aufzuklären, der exklusiv an Glykane der Gram-negativen Außenhülle bindet. Unsere Untersuchungen am Salmonella Siphovirus 9NA definieren damit einen neuen Prototyp Glykan-spezifischer Infektionsapparate. Diese unterscheiden sich deutlich von denen in Siphoviren, die Protein-Rezeptoren in der Außenmembran erkennen. Auf Gram-negativen Modellmembranen und mit TIRF (total internal reflection fluorescence) - Mikroskopie wollen wir die Dynamik des Genom-Ausstoßes bei der Infektion auf der Ebene von Einzelpartikeln analysieren. In Kombination mit cryoEM-Studien in Gegenwart des Lipopolysaccharidrezeptors oder Membranvesikeln erhalten wir zudem Aufschluss über den Einfluss der Membranzusammensetzung auf die Partikelöffnung von Siphoviren beim Infektionsstart. Mit kombinierten in vitro Einzelpartikel- und in vivo Infektionsstudien wollen wir zudem Einblick erhalten in die Synergien konkurrierender Phagengemische, z.B. wenn unterschiedliche Schwanzarchitekturen vorliegen. Unsere Arbeiten ermöglichen damit ein umfassendes Bild der dynamischen Interaktionen eines prototypischen Glykan-spezifischen Phageninfektionsapparats an der Gram-negativen Außenhülle. Diese Daten tragen zur Verbesserung der Vorhersage von Rezeptorspezifitäten aus Genomdaten bei. Überdies sollen unsere Untersuchungen die molekularen Ursachen des Infektionsverhaltens in Phagengemischen aufzeigen. Dies leistet wesentliche Beiträge für das Verständnis von Infektionsökosystemen, und ist von hoher Bedeutung für den Einsatz von Bakteriophagen in antibiotischen Behandlungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartnerinnen: Dr. Pascale Boulanger; Dr. Cécile Breyton