Interne Gene in Enterobakterien

• Antragstellerin: Dr. Janka Joline Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 557142412

Bei der konventionellen Genannotation wird davon ausgegangen, dass jede kodierende Sequenz einem einzigen Proteinprodukt entspricht. Der genetische Code von Bakterien ist jedoch sehr plastisch und erlaubt die Erweiterung des Proteoms ohne Vergrößerung des Genoms durch „interne Gene“. Interne Gene koexistieren innerhalb eines primären Gens und führen zur Translation alternativer offener Leserahmen (ORFs), die zusammen als „internes Translatom“ bezeichnet werden. Die alternative Translation wird durch Frameshifting, das Durchlesen von Stoppcodons oder durch interne Translationsinitiierungsstellen (iTIS), die sich im oder außerhalb des ORF befinden, vermittelt. Über die Faktoren, die zur alternativen Translation beitragen, die Anzahl interner Gene in einem Organismus und ihre Rolle in der bakteriellen Physiologie ist wenig bekannt. Dieses Projekt zielt darauf ab, interne Gene in Enterobakterien (Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae und Salmonella enterica serovar Typhimurium) umfassend zu identifizieren, zu charakterisieren und ihre Rolle zu verstehen. Enterobakterien sind eine vielfältige Familie gramnegativer Bakterien, zu denen viele klinisch relevante Krankheitserreger gehören, was sie zu entscheidenden Zielorganismen für Untersuchungen von Genfunktionen und Evolution macht. Die Untersuchung dieser drei Organismen wird ferner Einblicke in die evolutionären Ursprünge und die funktionelle Redundanz interner Gene gewähren. Zunächst wird Ribosomen-Profiling (RIBO-seq) verwendet, um alternative ORFs auf genomweiter Ebene zu identifizieren. Durch das selektive Anhalten von Ribosomen an Translationsinitiations- oder -terminationsstellen mithilfe spezifischer Wirkstoffe, wie dem Pleuromutilin Retapamulin oder dem PrAMP-Antimikrobiellen Peptid Apidaecin, ermöglicht RIBO-seq die Kartierung dieser Stellen. Ribosomen schützen insbesondere mRNA-Fragmente vor dem Abbau durch RNAse und erzeugen Ribosomen-Footprints, die isoliert und einer Hochdurchsatz-Sequenzierung unterzogen werden können. Um konditionsabhängige interne Gene zu identifizieren, wird jeder Organismus unter verschiedenen Umweltbedingungen kultiviert, z. B. Hitzeschock, nährstoffreiche Umgebung oder oxidativer Stress, die verschiedene zelluläre Reaktionen darstellen. Im Anschluss an die globale Analyse wird die aktive Translation ausgewählter interner Genkandidaten sowohl in vivo als auch durch massenspektrometrische Ansätze, einschließlich Bottom-up- oder Top-down-Massenspektrometrie, bestätigt. Wenn eine aktive Translation bestätigt wird, ist die Funktion des internen Gens entweder ähnlich oder völlig verschieden vom primären Gen, was eine genetische Trennung dieser Gene erforderlich macht, um ihre funktionelle Abhängigkeit zu untersuchen und ihre Rolle weiter zu verfeinern. Letztendlich zielt dieses Projekt darauf ab, eine robuste und übertragbare Pipeline für die Identifizierung und Charakterisierung interner Gene zu entwickeln, die auch in anderen Organismen Anwendung finden könnte.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Professorin Gisela Storz, Ph.D.