Chalkophor-vermittelte Kupferhomöostase bei Staphylococcus lugdunensis

• Antragsteller: Professor Dr. Simon Heilbronner
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 534312091

Metallionen werden als Cofaktoren für viele Enzyme benötigt und sind für einen funktionierenden Stoffwechsel unerlässlich. Allerdings bergen Metallionen aufgrund ihres Redoxpotentials auch eine intrinsische Toxizität und die zytosolische Metallkonzentrationen müssen strickt kontrolliert werden. Die Metallhomöostase ist ein wichtiges Ziel der angeborenen Immunität. Die Verfügbarkeit von z.B. Eisen Ionen wird im Wirt aktiv begrenzt, um die Vermehrung von Bakterien zu reduzieren. Im Gegensatz dazu wird die Kupferkonzentration innerhalb von Phagolysosomen erhöht um Bakterien abzutöten. Bakterien produzieren Metallophore, um essentielle Spurenmetalle zu binden und deren Aufnahme zu verbessern. Am besten untersucht sind eisenbindende Siderophore. Es gibt aber auch vereinzelte Berichte, die beschreiben, dass Siderophore neben Eisen auch Kupfer binden können (Chalkophore). Dies kann eine Entgiftung ermöglichen, da die Bindung des Metallions dessen Redoxeigenschaften beeinflusst. Chalkophore können aber auch die Kupfer Aufnahme verbessen. Die Relevanz von Chalkophoren für Krankheitserreger im Kontext von Cu-Mangel/Intoxikation ist nur unzureichend verstanden. Wir konnten zeigen, dass das Pathogen S. lugdunensis das Chalkophor Ulbactin F produziert. Der verantwortliche Genlokus kodiert zusätzlich mutmaßliche Exporter und Importer. Dies weist darauf hin, dass das Molekül für die Metallhomöostase wichtig ist. Ich schlage vor, dieses System molekular zu charakterisieren und seine physiologische Relevanz zu untersuchen. Ich beantrage zwei Doktorandenstellen, mit unterschiedlichen hoch synergistischen Themen. Der/Die erste Doktorand*in wird die Relevanz der Ulbactin F-Biosynthese für die Metallhomöostase untersuchen. Es werden Elementaranalyse von Wildtyp- und Ulbactin-F-defizienten Stämmen untersucht. Zusätzlich wird der Membrantransport von Ulbactin F untersucht. Wir haben einen ABC-Transporter vom „Energy Coupling Factor Type“ (ECF) innerhalb des Ulbactin F-Locus identifiziert. ECF-Transporter sind Systeme zur Aufnahme von Spurennährstoffen. Wir werden die Ulbactin F-Bindungseigenschaften des ECF-Transporters auf molekularer Ebene untersuchen. Darüber hinaus werden wir isogene Mutanten und heterologe Expression verwenden, um seine Rolle bei der Ulbactin F-Aufnahmen zu bestätigen. Der/die zweite Doktorand*in wird die physiologische Relevanz von Ulbactin F im Zusammenhang mit Spurenmetallmangel und Kupfervergiftung untersuchen. Der Student wird In vitro-Experimente durchführen, um zu untersuchen, ob die Produktion von Ulbactin F einen Wachstumsvorteil unter Cu-Mangel bietet. Alternativ wird untersucht, ob das Molekül eine Resistenz gegenüber Kupferionen bietet. Darüber hinaus wird der Student die metallabhängige Regulierung der Ulbactin F-Biosynthese untersuchen und ex vivo / in vivo-Infektionsmodellen durchführen. Ich bin daher überzeugt, dass die vorgeschlagenen Experimente ein vollständiges Bild der Biologie des Chalkophors Ulbactin F liefern werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Niederlande
• Kooperationspartner: Professor Dr. Dirk Slotboom, Ph.D.