Aufbau der Biofilm-Matrix in Synechococcus elongatus: Sekretionswege und extrazelluläre Regulierung

• Antragsteller: Professor Dr. Alexej A. Kedrov; Dr. David A. Russo
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 573774436

Cyanobakterien bewohnen fast alle Umgebungen der Erde und kommen entweder in Suspension oder in Biofilmen vor. Diese Biofilme bestehen aus Zellgemeinschaften, die in einer selbst-produzierten Matrix extrazellulärer polymerer Substanzen (EPS) aus Polysacchariden, Strukturproteinen und extrazellulärer DNA eingebettet sind. Biofilme spielen eine zentrale Rolle in der Ökologie von Cyanobakterien, da Biofilmbildung das Überleben in feindlichen Umgebungen und die Kolonisierung von ökologischen Nischen ermöglicht. Systematische Studien von cyanobakteriellen Biofilmen und deren Matrixarchitekturen sind jedoch bislang nicht vorhanden. In diesem Projekt sollen die molekularen Mechanismen der Biofilmmatrixbildung des unizellulären cyanobakteriellen Modellorganismus Synechococcus elongatus PCC 7942 aufgeklärt werden. S. elongatus bildet zuverlässig Biofilme, wenn die Funktion des Typ-IV-Pilus-Apparat gestört ist. Die Bildung der Biofilmmatrix benötigt die funktionellen Amyloide EbfG und das dazugehörige Sekretionssystem (EbfG-T1SS). Die genauen EPS-Sekretionswege, wozu auch EbfGs gehören, sowie die Mechanismen der EbfG Aggregation sind jedoch noch nicht bekannt. Durch die Vereinigung der komplementären Sachkenntnisse der Antragsteller in Mikrobiologie, Omics Technologien, Biochemie von Membranproteinen und Strukturbiologie, streben wir die Beantwortung der folgenden Fragen an: (i) Was sind die endogenen Inhibitoren/Auslöser, die S. elongatus Matrixbildung modulieren; (ii) Was ist die Rolle und Dynamik von tripartiten Sekretionssystemen während des Biofilmwachstums; und (iii) was sind die Mechanismen der EbfG Sekretion und Reifung und welche Wechselwirkungen des EbfG1-T1SS bestehen möglicherweise mit anderen Sekretionssystemen. Die Umsetzung des kollaborativen Projekts wird umfassende Einblicke in S. elongatus Biofilmmatrixbildung auf zellulärer und molekularer Ebene ermöglichen. Wir gehen davon aus, dass die Erkenntnisse dieses Projekts unser Verständnis der Biofilmbildung wesentlich erweitern wird und wertvolle Grundlagen für Anwendungen in der grünen Biotechnologie bieten wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen