Zugrunde liegende Mechanismen eines neuartigen Peptidoglykan Hydrolase abhängigen Proteinsekretionssystems in Salmonella enterica serovar Typhi

• Antragsteller: Dr. Tobias Geiger
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 523077943

Für die Pathogenität von Bakterien spielen ausgeklügelte und komplexe Sekretionssysteme eine bedeutende Rolle. Sie ermöglichen es den Bakterien sich in verschiedenen ökologischen Nischen zu etablieren. So vermitteln sie die Anheftung an Oberflächen, die Abwehr antimikrobieller Angriffe, die Sekretion von Virulenzfaktoren und Effektorproteinen, die Aufnahme von Nährstoffen und die Kommunikation mit ihrer Umgebung. Die Vielfalt der Sekretionssysteme, sowie die unterschiedlichsten Aufgaben die durch sie erfüllt werden, zeugen von ihrer besonderen Relevanz für die Bakterien. Der Proteintransport durch die bakterielle Zellwand jedoch weist in gramnegativen Bakterien besondere Schwierigkeiten auf. Hier muss das zu transportierende Protein drei physikalische Barrieren überwinden: die innere Membranlipidschicht, die Peptidoglykan-Schicht im Periplasma und die äußere Membranschicht. Durch Studien am Typhus Toxin in Salmonella enterica serovar Typhi, wurde ein Proteinsekretionssystem entdeckt, das sich von anderen bekannten Sekretionssystemen signifikant unterscheidet. Phylogenetische Untersuchungen zeigten, dass wichtige Komponenten dieses Systems in vielen pathogenen Bakterien zu finden sind. Das lässt darauf schließen, dass es sich hierbei um ein konserviertes Proteinsekretionssystem handelt. Die Hauptkomponente ist TtsA, eine spezialisierte zellwandaktive Peptidoglykan Hydrolase. Die Aktivität dieser an den Bakterienpolen lokalisierten Hydrolase beschränkt sich auf spezifisch modifiziertes Peptidoglykan der bakteriellen Zellwand und führt dazu, dass periplasmatisch lokalisiertes Typhus Toxin an den Bakterienpolen freigesetzt wird. Viele Aspekte des Sekretionsmechanismus sind jedoch unzureichend verstanden bzw. wichtige Komponenten noch unbekannt. Das erste Ziel des Projekts liegt zunächst in der eindeutigen Bestätigung von Vorarbeiten die zeigen, dass es sich hierbei um einen aktiven Sekretionsmechanismus handelt, der Typhus Toxine freisetzt ohne die Bakterien durch die hydrolytische Aktivität von TtsA zu lysieren. Hierzu sollen umfassende Expressions-, und Sekretionsstudien mit entsprechenden Reporterstämmen durchgeführt werden. Ein weiteres Ziel ist die Aufklärung der Translokation von TtsA in das Periplasma. Interessanterweise besitzt TtsA keine erkennbare Signalpeptidsequenz die eine Translokation via des Sec-Translokationssystems erklären würde. Mit Hilfe von Transposon Mutanten Screens sollen nun diese TtsA Translokationskomponenten gefunden werden. Weitere Transposon Mutanten Screens sowie elektronenmikroskopische Untersuchungen sollen aufklären, welche weiteren Faktoren und Komponenten dafür verantwortlich sind, dass Typhus Toxin durch die Äußere Membran der Bakterienzelle zu transportieren und somit final zu sekretieren. Zusammenfassend sollen die Ergebnisse dieser Studie dazu führen Details dieses neuartigen Proteinsekretionssystem besser zu verstehen und weitere am Sekretionsprozess beteiligte Komponenten aufzudecken und zu charakterisieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen