MultiTip: Identifizierung und funktionelle Charakterisierung von Faktoren, die Bakterien Multipolarität und eine multizelluläre Lebensweise verleihen

• Antragsteller: Dr. Frank-Dietrich Müller
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 573582363

Obwohl Bakterien traditionell als einfache, einzellige Organismen gelten, stellt die Familie der Hyphomicrobiaceae dieses Paradigma durch ihre bemerkenswerte morphologische Komplexität und fakultative Multizellularität infrage. Der bekannteste Vertreter, Rhodomicrobium vannielii, zeigt einen außergewöhnlich komplexen Lebenszyklus, wächst und vermehrt sich durch die Bildung von Hyphen, die an ihrer Spitze wachsen und sich asymmetrisch verzweigen. Außerdem bildet R. vannielii gewebeartige, multizelluläre Strukturen - Eigenschaften, die typische Grenzen zwischen prokaryontischer und eukaryontischer Zellorganisation verschwimmen lassen. Die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen sind jedoch bislang weitgehend unerforscht, vor allem aufgrund fehlender genetischer Werkzeuge und Modellorganismen in dieser Bakteriengruppe. Ziel dieses Projekts ist es, R. vannielii als genetisch zugängliches Modellsystem für die Erforschung bakterieller Morphogenese und Multizellularität zu nutzen. Aufbauend auf unserem neu entwickelten genetischen „Baukasten“ und der Identifizierung einer zentralen Rolle von Bactofilinen beim Hyphen-Spitzenwachstum, wollen wir systematisch die molekularen Determinanten identifizieren, die polares Wachstum, Chromosomensegregation durch Hyphen und den Übergang zur multizellulären Organisation steuern. Das Projekt gliedert sich in drei Hauptziele: (1) die Identifizierung und funktionelle Charakterisierung der Proteinkomplexe, die das apikale Wachstum kontrollieren, insbesondere Rgs-Proteine sowie ihre Interaktionen mit Bactofilinen und weiteren Peptidoglykan-modifizierenden Enzymen; (2) die Aufklärung der Kopplung zwischen Wachstumspolbestimmung und Chromosomenverteilung, unter besonderer Berücksichtigung von PopZ und des ParABS-Systems; sowie (3) die Identifizierung genetischer Faktoren, die die Differenzierung vom einzelligen zum multizellulären Zustand steuern – mittels genomweiter Transposon-Mutagenese. Durch den integrativen Einsatz von Fluoreszenzmikroskopie an lebenden Zellen, Super-Resolution Imaging, gezielter Genmanipulation und Interaktionsanalysen wollen wir die räumlich-zeitliche Organisation der beteiligten Faktoren mit hoher Auflösung analysieren. Erste Analysen zeigen überraschende Ergebnisse, wie polares Wachstum ohne vorherige Septenbildung, potenzielle zytoplasmatische Kommunikation über Poren und aktive Chromosomentransporte durch verzweigte Zellfortsätze - alles eine Abweichung vom klassischen Bild bakterieller Zellbiologie. Mit der Etablierung von R. vannielii als Modellsystem wird dieses Projekt grundlegende Einblicke in die Entwicklung komplexer bakterieller Zellstrukturen liefern und neue Perspektiven zur Evolution morphologischer Vielfalt und Zell-Spezialisierung unter Prokaryonten eröffnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen