Visualisierung der räumlich-zeitlichen Dynamik von Konkurrenz und Kooperation mit Staphylococcus aureus in nasalen bakteriellen Modellgemeinschaften auf zellulärer Ebene

• Antragsteller: Dr. Jan-Samuel Puls
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 559616476

Im humanen nasalen Mikrobiom konkurrieren Bakterien um knappe Ressourcen und begrenzten Raum. Diese Umgebung ist Habitat für den opportunistischen Pathogen Staphylococcus aureus. Von besonderer Bedeutung für das Überleben von S. aureus im nasalen Mikrobiom sind Interaktionen mit koagulasenegativen Staphylokokken (KoNS) und Corynebakterien, zwei der häufigsten Gattungen in menschlichen Nasenmikrobiota, die dort häufig miteinander konkurrieren oder kooperieren. Wichtige Faktoren hierfür sind die Produktion und der Verbrauch von Siderophoren sowie die Produktion von Bakteriozinen. Forschung der letzten Jahre hat mechanistische Prinzipien und Interaktionsregeln von Siderophoren und Bakteriozinen in bakteriellen Gemeinschaften aufgedeckt und ihre Bedeutung für Überleben, Proliferation und Konkurrenz von Bakterien nachgewiesen. Unklar ist bislang, wie beide Faktoren zusammenwirken, um die räumlich-zeitliche Dynamik bakterieller Gemeinschaften zu gestalten und welche Rolle die räumliche Struktur der Gemeinschaften in der Ausprägung der Interaktionen auf zellulärer Ebene spielt. In diesem Projekt soll daher untersucht werden, wie Siderophore und Bakteriozine die Gemeinschaften nasaler Staphylokokken und Corynebakterien auf zellulärer Ebene beeinflussen, wobei der zentrale Einfluss der räumlichen Struktur für das bakterielle Sozialverhalten im Fokus steht. In einem Bottom-Up-Ansatz werden definierte bakterielle Gemeinschaften um S. aureus mittels Fluoreszenzmikroskopie visualisiert, um (1) die Auswirkungen von Siderophorinteraktionen auf S. aureus zu charakterisieren, (2) den Einfluss von Bakteriozinproduktion auf nasale Gemeinschaften zu klären und (3) das Zusammenspiel von Siderophoren und Bakteriozinen in diesen Gemeinschaften zu untersuchen. Um diese Ziele zu erreichen, werden die Auswirkungen der Siderophorkooperation und -cheating durch KoNS und/oder Corynebakterien auf die Fähigkeit von S. aureus, sich in den Gemeinschaften zu vermehren, untersucht. Der Einfluss der räumlichen Struktur auf die antibakteriellen Effekte von Bakteriozinproduktion durch Staphylococcus lugdunensis (Lugdunin, gegen S. aureus gerichtet) und Staphylococcus epidermidis (A37, gegen Corynebakterien gerichtet) innerhalb der Gemeinschaften soll quantifiziert und die Auswirkungen von Bakteriozinen auf Zusammensetzung von Gemeinschaften geklärt werden. Schließlich soll untersucht werden, wie die Interaktionen zwischen Siderophoren und Bakteriozinen zusammenwirken, um die Dynamik der Gemeinschaften zu gestalten, und inwieweit die räumliche Struktur die entstehenden Interaktionen determiniert. Dieses Projekt trägt dazu bei, Schlüsselfaktoren und -mechanismen der mikrobiellen Ökologie auf zellulärer Ebene aufzuklären und die komplexen sozialen Netzwerke zu entschlüsseln, welche die Dynamik des menschlichen Nasenmikrobioms bestimmen.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle