Post-transkriptionelle Regulation der SOS Antwort im Humanpathogen Klebsiella pneumoniae

• Antragstellerin: Dr. Kathrin Fröhlich
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 553150513

Klebsiella pneumoniae ist ein Gram-negatives, bekapseltes und unbewegliches Bakterium aus der Familie der Enterobacteriaceae. Die kontinuierliche Anpassung von K. pneumoniae hat zur Entstehung und Ausbreitung von Stämmen mit Resistenzen gegen mehrere Antibiotika geführt, was die Behandlungsmöglichkeiten drastisch einschränkt. Zelluläre Stressreaktionen können die Mutationshäufigkeit aktiv erhöhen, indem sie die SOS Stressantwort stimulieren, die final auch zur Aktivierung einer fehleranfälligen Replikationsmaschinerie führt. Die SOS-Reaktion in Bakterien ist ein evolutionär konservierter Mechanismus, der es Zellen ermöglicht, auf eine Schädigung des Genoms zu reagieren und zu überleben. Unter Standardbedingungen wird dieser Signalweg durch den Repressor LexA inaktiv gehalten, indem dieser an Operatorsequenzen innerhalb der Promotoren der SOS-Antwortgene bindet und deren Transkription verhindert. Die Unterdrückung des LexA-Regulons wird ausgesetzt, wenn die zelluläre DNA beeinträchtigt wird, z.B. durch physikalische oder chemische Stressoren. Während die SOS-Reaktion ein wichtiges Kontrollelement für die Aufrechterhaltung der Genom-Integrität und das Überleben der Zelle ist, sind das LexA-Regulon, seine räumlich-zeitliche Kontrolle und der Anteil der post-transkriptionellen Regulation an diesem Prozess bei K. pneumoniae noch nicht untersucht. Unser Projekt zielt darauf ab, die spezifische Reaktion auf DNA-Schäden in einem multiresistenten K. pneumoniae-Isolat zu untersuchen. Wir werden eine Kartierung des Transkriptoms nach DNA-Schädigung erstellen, um die Bedeutung einzelner Stressantworten unter dieser Bedingung zu verstehen. Chromatin-Immunpräzipitation gekoppelt an Hochdurchsatz-Sequenzierung (ChIP-seq) wird es uns ermöglichen, das direkte LexA-Regulon in K. pneumoniae zu definieren, und eine eingehende Analyse der einzelnen Bindungsstellen wird uns helfen, die Hierarchie einzelner Promotoren innerhalb des SOS-Signalwegs zu betrachten. Unsere Untersuchung der Transkriptionskontrollmechanismen, die die Reaktion auf DNA-Schäden steuern, wird durch eine umfassende Analyse der post-transkriptionellen Kontrolle ergänzt. Um die Reorganisation des RNA-RNA-Interaktoms in K. pneumoniae während der SOS-Reaktion zu definieren, werden wir RIL-seq (RNA interaction by ligation and sequencing) der beiden wichtigsten RNA-bindenden Proteine Hfq und ProQ verwenden. Für ausgewählte RNA-RNA-Interaktionen, die aus den RIL-seq-Datensätzen gewonnen wurden, werden wir Vorhersagen für Basenpaarungen überprüfen und die biologische Relevanz der post-transkriptionellen Regulation für das SOS-Programm bewerten. In Kombination werden die Ergebnisse unserer verschiedenen experimentellen Ansätze eine globale Sicht auf das Zusammenspiel der regulatorischen Ebenen ergeben, das von K. pneumoniae zur Koordination der SOS-Reaktion auf DNA-Schädigung eingesetzt wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen