Molekulare Erkennungsmechanismen von Phageninfektionen durch das Zorya-Anti-Bakteriophagen-Abwehrsystem

• Antragsteller: Professor Dr. Marc Erhardt; Dr. Philipp Popp
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 548567920

In dem komplexen Zusammenspiel zwischen Bakteriophagen und ihren bakteriellen Wirten spielen Anti-Phagen-Abwehrmechanismen wie das kürzlich entdeckte Zorya-System eine entscheidende Rolle, um das Überleben der Bakterien zu gewährleisten. Bisher wurden drei Zorya-Subtypen identifiziert, aber fundamentale Details, wie dieses System Phageninfektionen erkennt und abwehrt, sind noch unbekannt. In Zusammenarbeit mit Nicholas Taylor von der Universität Kopenhagen haben wir damit begonnen, die strukturellen und funktionellen Aspekte des E. coli Zorya Typ I Systems bestehend aus den Membranproteinen ZorAB, welche homolog zu den Statoreinheiten MotAB des bakteriellen Flagellums sind, und den cytoplasmatischen Effektorproteinen ZorCD zu entschlüsseln. Auf diesen Grundlagen aufbauend wollen wir die molekularen Mechanismen hinter dem Zorya-Anti-Phagen-Abwehrsystem aufklären. Mit einer Kombination aus strukturbasierten Mutageneseansätzen und funktionellen Ansätzen in Verbindung mit fortschrittlicher Mikroskopie, einschließlich Lebendzell-Totalreflexions-Fluoreszenzmikroskopie (TIRF) und Superresolution-STED-Mikroskopie, werden wir erforschen, wie eine Phageninfektion von der Wirtszelle erkannt wird, was zur Aktivierung des Zorya-Systems führt, wie Zorya-Komponenten zu dem Ort der Infektion rekrutiert werden, um die Phagenreplikation zu verhindern, und ob der Erkennungs- und Anti-Phagen-Abwehrmechanismus zwischen den Zorya-Subtypen konserviert ist. Das Projekt ist in drei Arbeitspakete unterteilt. (i) Bestimmung der Regulierungs- und Erkennungsmechanismen, die die Expression und Aktivierung von Zorya regulieren. (ii) Visualisierung der Interaktion zwischen eindringenden Phagen und Zorya-Komponenten mit einem Schwerpunkt auf der strukturellen und funktionellen Rolle von ZorAB. (iii) Vergleich der mechanistischen Übereinstimmungsmerkmalen zwischen den Subtypen des Zorya-Systems. Durch diesen umfassenden Ansatz wollen wir die komplizierten molekularen Details des Zorya-Systems aufdecken und so allgemein zu dem grundlegenden Verständnis der bakteriellen Immunstrategien gegen Phagen beitragen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2330: Neue Konzepte der Virus-Wirt Interaktion in Prokaryoten – von Einzelzellen zu mikrobiellen Gemeinschaften
• Internationaler Bezug: Dänemark
• Kooperationspartner: Professor Nicholas Taylor