Verbundprojekt
SPP 1617 TP - Phänotypische Heterogenität und Soziobiologie bakterieller Populationen - Teilprojekt: Heterogenität bei der flagellenvermittelten Motilität
Geldgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Laufzeit: 2015-2018
URL: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/218311649
Ausführliche Beschreibung:
Viele Bakterien sind durch Flagellen beweglich, äußerst effektiven aber metabolisch kostspieligen Organellen zur Bewegung, aber auch Adhesion und/oder Wahrnehmung von Umweltreizen. Eine Reihe von Spezies, darunter einige der Gattung Shewanella, besitzen zwei distinkte Flagellensysteme. Nur wenig ist darüber bekannt, wie solche sekundären Systeme reguliert werden. In vorhergehenden Studien konnten wir zeigen, dass S. putrefaciens CN-32 ein voll funktionsfähiges sekundäres Flagellensystem besitzt. In komplexer planktonischer Kultur bilden sich diverse Subpopulationen: eine, die keine Flagellen aufweist, eine mit je einem aktiven Flagellensystem, und eine, die beide Systeme produziert. Damit verfolgt CN-32 vermutliche eine bet hedging-Strategie in Bezug auf die Moltilität. In der vorangegangenen Förderperiode haben wir untersucht, welchen Vorteil das zweite Flagellensystem bietet. Wir konnten zeigen, dass sich die Subpopulation mit beiden Flagellensystem am effektivsten in der Umgebung ausbreiten konnten. Dabei wirkt das zweite System als eine Art Steuerruder, welches die Drehwinkel der Zellen beim Richtungswechsel effektiv verkleinert und damit die Tendenz zur Richtungsbeibehaltung vergrößert. Ein mathematischer Modellierungsansatz beruhend auf den von uns beobachteten Parametern bestätigte diese positive Rolle, womit eine neue Art des effektiven bakteriellen Schwimmens beschrieben werden konnte. In den hier vorgestellten Folgestudien soll der Mechanismus des sekundären Filaments weiter untersucht werden. Dazu soll eine Fluoreszenzmarkierung der Flagellenfilamente eine direkte mikroskopische Beobachtung während des Schwimmens ermöglichen. Um das theoretische Modell der Bewegung weiter zu verfeinern, werden wir die Ausbreitung in chemotaktischen Gradienten verfolgen. Außerdem soll eine weitere mögliche Rolle des sekundären Flagellensystems bei der Zell-Zell- und Zell-Oberflächeninteraktion charakterisiert werden. In einem komplementären Ansatz wird die Regulation des sekundären Systems und Ausbildung der Heterogenität der Population untersucht. Fluoreszenz- und luminiszenzbasierte Reportersysteme wurden bereits erstellt. Damit sind transkriptionelle und durchflusszytometrische Analysen der Populationszusammensetzung durchführbar und ermöglicht eine Identifikation von Signalen zur Aktivierung des Systems. Parallel dazu sollen Regulatoren direkt durch DNA-Bindungsstudien sowie zwei umfangreiche Ansätze globaler Transposonmutagenese indentifiziert werden. Außerdem soll das sekundäre Flagellensystem in die nah verwandte Spezies S. oneidensis MR-1 überführt werden, um die funktionelle und regulatorische Konservieung zu charakterisieren. Erwartet werden fundamental neue Erkenntnisse über die Funktion von Flagellen und deren Regulation.
Viele Bakterien sind durch Flagellen beweglich, äußerst effektiven aber metabolisch kostspieligen Organellen zur Bewegung, aber auch Adhesion und/oder Wahrnehmung von Umweltreizen. Eine Reihe von Spezies, darunter einige der Gattung Shewanella, besitzen zwei distinkte Flagellensysteme. Nur wenig ist darüber bekannt, wie solche sekundären Systeme reguliert werden. In vorhergehenden Studien konnten wir zeigen, dass S. putrefaciens CN-32 ein voll funktionsfähiges sekundäres Flagellensystem besitzt. In komplexer planktonischer Kultur bilden sich diverse Subpopulationen: eine, die keine Flagellen aufweist, eine mit je einem aktiven Flagellensystem, und eine, die beide Systeme produziert. Damit verfolgt CN-32 vermutliche eine bet hedging-Strategie in Bezug auf die Moltilität. In der vorangegangenen Förderperiode haben wir untersucht, welchen Vorteil das zweite Flagellensystem bietet. Wir konnten zeigen, dass sich die Subpopulation mit beiden Flagellensystem am effektivsten in der Umgebung ausbreiten konnten. Dabei wirkt das zweite System als eine Art Steuerruder, welches die Drehwinkel der Zellen beim Richtungswechsel effektiv verkleinert und damit die Tendenz zur Richtungsbeibehaltung vergrößert. Ein mathematischer Modellierungsansatz beruhend auf den von uns beobachteten Parametern bestätigte diese positive Rolle, womit eine neue Art des effektiven bakteriellen Schwimmens beschrieben werden konnte. In den hier vorgestellten Folgestudien soll der Mechanismus des sekundären Filaments weiter untersucht werden. Dazu soll eine Fluoreszenzmarkierung der Flagellenfilamente eine direkte mikroskopische Beobachtung während des Schwimmens ermöglichen. Um das theoretische Modell der Bewegung weiter zu verfeinern, werden wir die Ausbreitung in chemotaktischen Gradienten verfolgen. Außerdem soll eine weitere mögliche Rolle des sekundären Flagellensystems bei der Zell-Zell- und Zell-Oberflächeninteraktion charakterisiert werden. In einem komplementären Ansatz wird die Regulation des sekundären Systems und Ausbildung der Heterogenität der Population untersucht. Fluoreszenz- und luminiszenzbasierte Reportersysteme wurden bereits erstellt. Damit sind transkriptionelle und durchflusszytometrische Analysen der Populationszusammensetzung durchführbar und ermöglicht eine Identifikation von Signalen zur Aktivierung des Systems. Parallel dazu sollen Regulatoren direkt durch DNA-Bindungsstudien sowie zwei umfangreiche Ansätze globaler Transposonmutagenese indentifiziert werden. Außerdem soll das sekundäre Flagellensystem in die nah verwandte Spezies S. oneidensis MR-1 überführt werden, um die funktionelle und regulatorische Konservieung zu charakterisieren. Erwartet werden fundamental neue Erkenntnisse über die Funktion von Flagellen und deren Regulation.
Koordinierende Einrichtung
- Ludwig-Maximilians-Universität
Kooperationspartner mit Förderung
1 von 4
- Eberhard Karls Universität Tübingen
- European Molecular Biology Laboratory
- Friedrich-Loeffler-Institut, Bundesinstitut für Tiergesundheit
- Friedrich-Schiller-Universität Jena
- Georg-August-Universität Göttingen
