Entschlüsselung des zytoskelettalen Netzwerks zur Mobilität und Positionierung bakterieller magnetischer Organellen: Neue Akteure und Funktionen.

• Antragsteller: Professor Dr. Dirk Schüler
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 67458534

Magnetotaktische Bakterien bilden einzigartige Organellen (Magnetosomen), die aus membranumgebenen Magnetitkristallen bestehen und entgegen ihrer immanenten Tendenz, magnetisch zu aggregieren, aktiv in Ketten angeordnet werden. Die so addierten magnetischen Momente der einzelnen Partikel ermöglichen in Kombination mit einer präzisen intrazellulären Ausrichtung der Magnetosomenkette eine optimale Orientierung der Zellen im Erdmagnetfeld. Synthese und subzelluläre Positionierung dieser höchst geordneten prokaryontischen Zellstruktur unterliegen einer strikten genetischen Kontrolle, und sie sind von großem biologischem und materialwissenschaftlichem Interesse. Einige der zellbiologisch bedeutsamsten Fragen sind, wie die Magnetosomenketten entgegen ihrer magnetischen Anziehung und Neigung zur Clusterbildung linear assembliert, stabilisiert und positioniert werden, und wie diese komplexe Struktur während der Zellteilung gespalten und hälftig auf die Tochterzellen verteilt wird. Unsere Entdeckung einer neuartigen cytoskelettalen Struktur, des Magnetosomenfilaments, stellt einen Schlüssel zum Verständnis dieser Prozesse dar. Die jüngsten Ergebnisse unserer Forschung lassen jedoch vermuten, dass das Magnetosomenfilament lediglich eine Komponente eines viel komplexeren cytoskelettalen Netzwerks darstellt. Die Fortsetzung unseres Vorhabens soll daher zu einem tiefgreifenden Verständnis der magnetbakteriellen Zellbiologie sowie der molekularen Mechanismen der Bildung und präzisen Positionierung hoch geordneter Magnetosomenketten in M. gryphiswaldense und anderen magnetotaktischen Bakterien beitragen. Mit Hilfe genetischer, zellbiologischer und biochemischer Methoden soll die Funktion bekannter und neuer Schlüsselproteine für die Assemblierung der Magnetosomenkette in vivo und in vitro untersucht werden. Darüber hinaus soll der Mechanismus der Organellmobilität und dessen Verknüpfung mit dem Zellzyklus detailliert untersucht und Verbindungen zu konservierten Zytoskellett- und Zellteilungsproteinen unter anderem durch Proteininteraktionsstudien gefunden werden. Die dynamische Lokalisierung dieser Proteine soll in verschiedenen Mutantenhintergründen über mehrere Zellzyklen hinweg mit Hilfe moderner superauflösender Fluoreszenzmikroskopie visualisiert und analysiert werden. Außerdem werden Komplexe aus Zytoskelettproteinen mittels hochmoderner Elektronenmikroskopieverfahren untersucht. Diese Analysen werden komplementiert durch in vitro-Untersuchungen, mit deren Hilfe die Interaktionen cytoskelettaler Proteine auf molekularer Ebene verstanden werden sollen. Wir erwarten von unseren Studien neue grundsätzliche Einsichten in die Funktion und Evolution cytoskelettaler Strukturen in Bakterien sowie in die Organisation, Segregation und subzelluläre Positionierung prokaryontischer Organellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr. Frank-Dietrich Müller