Metabolische Grundlage von Entwicklungsübergängen

• Antragstellerin: Dr. Sofia Doello
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 578715661

Die Ruhephase ist eine weit verbreitete Überlebensstrategie, die es Bakterien ermöglicht, unter ungünstigen Bedingungen zu überleben. Es wird angenommen, dass die meisten Bakterien in natürlichen Umgebungen in einer Ruhephase existieren und ihr Wachstum erst wieder aufnehmen, wenn sich die Bedingungen verbessern. Diese Strategie ist von großer Bedeutung für die mikrobielle Ökologie und Evolution sowie für die biomedizinische Forschung, da sie eine Rolle bei der Persistenz von Krankheitserregern und der Antibiotikaresistenz spielt. Das Verständnis der molekularen Mechanismen, die den Übergang in die Ruhephase und aus dieser heraus steuern, ist daher von großer biologischer und gesellschaftlicher Bedeutung. Cyanobakterien sind ein hervorragendes Modell, um diese Prozesse zu untersuchen. Als uralte und ökologisch unverzichtbare Primärproduzenten haben sie bemerkenswerte Strategien entwickelt, um mit schwankenden Umweltbedingungen fertig zu werden. Das einzellige Cyanobakterium Synechocystis sp. PCC 6803 überlebt Stickstoffmangel, indem es durch ein hochgradig reguliertes und synchrones Entwicklungsprogramm in einen metabolisch inaktiven Zustand übergeht. Die populationsweite Kohärenz dieses Programms macht Synechocystis besonders geeignet, um die molekularen Grundlagen der Ruhephase und des Erwachens zu untersuchen. Das Ziel dieses Projekts ist es, die molekularen Mechanismen aufzuklären, die ein erfolgreiches Erwachen aus der stickstoffinduzierten Ruhephase ermöglichen, wobei der Schwerpunkt auf der Steuerung der Mobilisierung gespeicherter Ressourcen und der Regulierung der Regeneration des Photosyntheseapparats liegt. Um dies zu erreichen, werde ich Folgendes untersuchen: (1) Die Regulationsmechanismen, die den Glykogenabbau während des Erwachens steuern, mit Schwerpunkt auf der biochemischen, strukturellen und subzellulären Lokalisierungsdynamik von Glykogenphosphorylasen sowie der Rolle der Proteinphosphorylierung und Redoxregulation im Glykogenkatabolismus. (2) Die Rolle von Polyphosphat für das Überleben unter Stickstoffmangel, indem ich die biochemische und mathematische Modellierung von Schlüsselenzymen mit der physiologischen Charakterisierung von Deletions- und Revertantenmutanten kombiniere. (3) Die Regulationsmechanismen, die den Wiederaufbau des Photosyntheseapparats initiieren, durch die Identifizierung von Transkriptionsfaktoren, Kinasen und Phosphatasen, die die Thylakoidbiogenese steuern. Durch die Integration von Biochemie, Physiologie und systemischen Ansätzen wird diese Arbeit aufzeigen, wie Cyanobakterien gespeicherte Ressourcen mobilisieren und die Wiederherstellung der Photosynthese koordinieren. Die Ergebnisse werden Aufschluss über konservierte Strategien der Widerstandsfähigkeit von Bakterien geben, mit Implikationen für die mikrobielle Ökologie, die Biotechnologie und den Kampf gegen persistente Infektionen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Gruppen
• Internationaler Bezug: Südafrika
• Beteiligte Person: Professor Dr. Jacky Snoep