Räumliche Regulierung von bakteriellen Antiphagen-Abwehrsystemen in Biofilmen

• Antragsteller: Professor Dr. Jens Hör; Professor Dr. Antoine-Emmanuel Saliba
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 569011257

In Biofilmen organisierte bakterielle Gemeinschaften haben einzigartige Immuneigenschaften, die ihre Resistenz gegen Bakteriophagen erhöhen. Beispielsweise schränken die extrazellulären physischen Barrieren von Biofilmen die Ausbreitung von Phagen ein und erhöhen dadurch die Phagenresistenz der Bakterien. Darüber hinaus wurde kürzlich eine große Vielfalt an bakteriellen Antiphagen-Abwehrsystemen entdeckt, die ihre Wirte vor einer Phageninfektion schützen können. Wie diese Abwehrsysteme im Kontext bakterieller Gemeinschaften an der Phagenresistenz beteiligt sind, ist jedoch kaum verstanden. Dies liegt daran, dass die molekularen Mechanismen von Abwehrsystemen bisher hauptsächlich mit Hilfe heterologer Expression in Flüssigkulturen untersucht wurden. Wir stellen die Hypothese auf, dass bakterielle Gemeinschaften die Expression nativer Abwehrsysteme auf räumlicher Ebene sowie auf der Ebene einzelner Zellen regulieren. Um diese Regulation zu verstehen, werden wir Biofilme von Pseudomonas aeruginosa als Modellsystem nutzen und diese mit innovativer räumlicher Transkriptomik-Bildgebung untersuchen. Wir werden BiofilmEx, eine neue Methode, die wir in der ersten Förderperiode entwickelt haben, nutzen, um Transkripte in Millionen von sesshaften Bakterien mit Einzelzellauflösung in 3D sichtbar machen und zu quantifizieren. Dies wird es uns ermöglichen, die Expression von Verteidigungssystemen in vollständigen P. aeruginosa-Biofilmen zu analysieren. Anschließend werden wir untersuchen, wie diese Regulation die Phagenreplikation beeinflusst, indem wir Phageninfektionen in gemischten Biofilmen aus empfänglichen und resistenten Bakterien verfolgen. Die vorgeschlagenen methodischen Entwicklungen dieses Projekts ermöglichen anderen Projekten im Konsortium die phänotypische Variabilität bakterieller Gemeinschaften zu erforschen und fördern so die Zusammenarbeit. Zusammenfassend erwarten wir, dass wir unser Verständnis der Regulation und Funktion von Abwehrsystemen in bakteriellen Gemeinschaften sowie die verfügbaren Methoden zur Untersuchung von Biofilmen einen großen Schritt voranbringen werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2389: Emergente Funktionen der bakteriellen Multizellularität