Bakterielle Genomerweiterung: Domestizierung neuer Replikons und Verdrahtung von RNA-Netzwerken

• Antragsteller: Professor Dr. Kai Papenfort
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 569039131

Die Aufnahme und Domestizierung fremder DNA sind von zentraler Bedeutung für die bakterielle Evolution. Die regulatorischen und evolutionären Mechanismen, die die bakterielle Genomexpansion durch den Erwerb großer sekundärer Replikone vorantreiben, sind jedoch nur unvollständig verstanden. Um diese Lücke zu schließen, konzentriert sich das DRAWN-Projekt auf Mitglieder der Vibrio-Familie, deren Genom zwei essentielle Replikone enthält: Chromosom 1 (Chr1) und Chromosom 1 (Chr2). Kürzlich nachgewiesene klinische Isolate von V. cholerae tragen ein drittes, übergroßes sekundäres Replikon namens Chr3. Die Aufnahme von Chr3 in dieses System bietet eine einzigartige Gelegenheit zu untersuchen, wie primäre und sekundäre Replikone zusammengehalten werden und wie sie die Genexpression und kollektive Phänotypen wie Quorum Sensing, Biofilmbildung und Virulenzgenexpression beeinflussen. In Vorversuchen zu diesem Antrag entdeckten wir, dass Chr3 in V. cholerae vollständig stabil ist und verschiedene Funktionen kodiert, die die Stressreaktion, die Phagenabwehr und die Virulenz verändern. Darüber hinaus fanden wir heraus, dass kleine regulatorische RNAs (sRNAs) eine wichtige Rolle bei der Anpassung von Chr3 spielen, was zu einer Neuverdrahtung komplexer RNA-Netzwerke durch RNA-Duplexbildung und neuartige RNA-Bindungsproteine führt. Um dieses System weiter zu erforschen und zu verstehen, wie große horizontal erworbene genetische Elemente auf molekularer Ebene eingebaut und domestiziert werden, werden wir globale Genomanalysen durchführen, darunter ChIP-seq, RNA-seq, RIP-seq und RIL-seq. Darüber hinaus werden wir Markerfrequenzanalysen, Fluoreszenzmikroskopie, Genom-Engineering und experimentelle Evolution einsetzen, um die Folgen des horizontalen Gentransfers auf Populations- und Einzelzellebene zu untersuchen. Letztendlich wird unsere Forschung die Mechanismen aufdecken, die dem Erwerb und der Domestizierung großer Replikons auf die Genregulation und phänotypische Variabilität des Wirts zugrunde liegen und für die mikrobielle Evolution und die Anpassung an schwankende Umweltbedingungen von entscheidender Bedeutung sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartnerin: Privatdozentin Dr. Marie-Eve Kennedy-Val