Abbau- und Wiederverwertung des Peptidoglykan-Wandteichonsäure-Komplexes in Gram-Positiven Bakterien

• Antragsteller: Professor Dr. Christoph Mayer; Professor Dr. Alexander Titz
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 556461691

Die Zellwand Gram-positiver Bakterien besteht aus zwei Polymeren, dem Peptidoglycan (PGN) und den kovalent daran gebundenen Wandteichonsäuren (WTAs). Zusammen bilden sie ein umfangreiches Netzwerk, den PGN-WTA-Komplex, der die Zellmembran umschließt und die Bakterienzelle vor Umwelteinflüssen und osmotischer Lyse schützt. Während des Bakterienwachstums wird der PGN-WTA-Komplex in einem Prozess, der als Zellwandumsatz („turnover“) bezeichnet wird, kontinuierlich abgebaut, und die freigesetzten Zellwandfragmente werden schließlich wiederverwendet (d.h. recycelt). Die Turnover- und Recycling-Stoffwechselwege des PGN-WTA-Komplexes in Gram-positiven Bakterien sind bisher unzureichend verstanden, da es an geeigneten Substraten für die Identifizierung und Charakterisierung der Schlüsselenzyme innerhalb dieser Stoffwechselwege mangelt. Wir werden dieses Hindernis durch die Synthese leicht nachweisbarer Substrate überwinden und diese Prozesse im Gram-positiven Modellbakterium Bacillus subtilis aufklären. Dies wird es uns ermöglichen, neuartige Glykosidasen, die kürzlich in unseren Gruppen identifiziert wurden, zu charakterisieren und mechanistisch zu erfassen. Darüber hinaus wollen wir neue Enzyme identifizieren und charakterisieren, die den PGN-WTA-Komplex abbauen. Insbesondere Teichonsäure abbauende Enzyme, sogenannte Teichoicasen, sind weitgehend unbekannt und das Schicksal der freigesetzten Teichonsäurefragmente bleibt bislang rätselhaft. Ein besseres Verständnis dieses Prozesses hat weitaus umfassendere Auswirkungen als nur die Erweiterung unseres Wissens über die Physiologie von Bakterien. Es ist von grundlegender Bedeutung zu verstehen, wie Bakterien eine stetige Erneuerung ihrer Zellwand erreichen und gleichzeitig die Zellform und -integrität bewahren. Es ermöglicht auch bessere Einblicke in bakterielle Differenzierungsprozesse, wie den Übergang von der Wachstumsphase zur Hunger-/stationären Phase und zur Biofilmbildung. Da die Zellwandautolyse eine entscheidende Rolle bei der bakteriziden Wirkung von Antibiotika spielt, wird unsere Forschung dazu beitragen, unser Verständnis der Anfälligkeit und Resistenz gegen Antibiotika zu erweitern. Darüber hinaus hat es Auswirkungen auf die Optimierung biotechnologischer Prozesse, da der Stoffwechsel des Zellwandrecyclings die Autolyse, die Biomassesyntheseraten und damit die Produktausbeute beeinflusst.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen