Die dynamische extrazelluläre Marix von bakteriellen Kolonien

• Antragstellerin: Professorin Dr. Berenike Maier
• Fachliche Zuordnung: Biophysik ; Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 520483776

Bakterielle Typ 4 Pili (T4P) sind dynamische, extrazelluläre Polymere, welche für diverse Prozesse inklusive der Adhäsion an Wirtszellen, der Motilität, der Biofilmbildung, sowie den horizontalen Gentransfer essentiell sind. Für das humanpathogene Bakterium Neisseria gonorrhoeae konnten wir in früheren Arbeiten zeigen, dass die Dynamik und Bindungseigenschaften von T4P die physikalischen Eigenschaften von Kolonien bestimmen. Bislang ist jedoch wenig darüber bekannt, welche Rolle T4P bei der Maturierung von Biofilmen spielen und wie sie mit anderen Komponenten der extrazellulären Matrix (ECM) wechselwirken. In diesem Projekt werden wir eine Kombination von Konfokalmikroskopie, quantitativer Bildanalyse, Laserfallen, sowie Molekularbiologie nutzen, um diese Wissenslücke zu adressieren. Wir werden die Hypothese testen, dass die mechanischen Eigenschaften der ECM von Gonokokken durch das Zusammenspiel von dynamischen T4P, welche die Matrix verflüssigen, und statischen eDNA Fasern, welche die Kolonie stabilisieren, bestimmt wird. Zunächst werden wir die Dynamik einzelner T4P und die Bildung von eDNA Netzwerken unabhängig voneinander in drei-dimensionalen Kolonien charakterisieren. Anschließend werden wir uns auf deren Wechselwirkung auf dem Niveau einzelner Zellen konzentrieren, und das Ergebnis mit der Struktur, den mechanischen Eigenschaften, und der Stabilität von Kolonien in Verbindung bringen. Eine weitere zentrale Frage wird sein, wie externer Stress die Bildung der ECM beeinflusst und umgekehrt wie die Matrix Bakterien vor externem Stress schützt. Mittelfristig wollen wir verstehen, wie die ECM von Bakterien remodelliert wird. Hierzu planen wir, synthetische DNA Gele mit maßgeschneiderten Eigenschaften herzustellen, um herauszufinden, wie diese Eigenschaften Koloniewachstum sowie Remodellierung der künstlichen Matrix beeinflussen. Physikalische Eigenschaften von Biofilmen sind entscheidend für die Anpassung an unterschiedliche Wachstumsbedingungen, die Proliferation, sowie Stresstoleranz. Es ist deshalb wichtig zu verstehen, wie die ECM diese Eigenschaften steuert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen