Verbundprojekt
TRR 174 TP P12 - Räumliche-zeitliche Dynamik bakterieller Zellen - Teilprojekt: Molekulare und mechanistische Basis der räumlich-zeitlichen Organisation polarer und lateraler Flagellen
Geldgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Laufzeit: 2017-2020
URL: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/326580836
Ausführliche Beschreibung:
Bakterien sind in der Umwelt allgegenwärtig und von großer ökologischer, medizinischer und biotechnologischer Bedeutung. Man weiß mittlerweile, dass sie hochorganisierte Einheiten darstellen, deren Funktion von der dynamischen Positionierung von Biomolekülen an definierten subzellulären Orten abhängt. Diese räumlich-zeitliche Dynamik bildet die Basis für wesentliche zelluläre Prozesse wie Zellwachstum und -teilung, DNA-Segregation, Zellzyklusregulierung, Zelldifferenzierung, Umweltinteraktionen und Motilität. Die zugrunde liegenden Mechanismen unterscheiden sich dabei stark von denen in eukaryotischen Systemen. Der SFB/Transregio TRR 174 vereint 18 Forschungsgruppen mit Schwerpunkt in den Regionen Marburg und München, die zusammen vier eng miteinander vernetzte Kategorien räumlich-zeitlich organisierter Systeme in Bakterien untersuchen. Diese umfassen (i) Zellwachstum, Morphogenese und Zellteilung, (ii) die Organisation und Segregation von DNA sowie Protein-DNA Interaktionen, (iii) die Positionierung von Motilitätsstrukturen sowie (iv) die Dynamik der Assemblierung von (Membran-) Proteinkomplexen. Das zentrale Ziel des TRR 174 ist es zu verstehen, wie lokale Wechselwirkungen zwischen einzelnen zellulären Komponenten zur dynamischen dreidimensionalen Organisation von Bakterienzellen führen. Zu diesem Zweck identifiziert der Verbund Komponenten, die die untersuchten zellulären Prozesse vermitteln, beobachtet ihr kollektives Verhalten in vivo und analysiert ihre Eigenschaften und Wechselwirkungen in vitro. Diese experimentellen Ansätze werden durch Modellierungsstudien ergänzt, welche darauf abzielen, die emergenten Eigenschaften der Systeme aufzudecken. Die Validität der erhaltenen Modelle wird schließlich durch die Rekonstitution isolierter Systeme getestet. Diese Studien werden in einer Reihe verschiedener Spezies durchgeführt. Dadurch wird es möglich, verschiedene Lösungen zu identifizieren, welche die Natur für bestimmte zelluläre Prozesse hervorgebracht hat, und zu klären, ob räumlich-zeitlich organisierte Systeme mit vergleichbaren Funktionen auf ähnlichen Konstruktionsprinzipien basieren. Langfristig gesehen können die im TRR 174 erzielten Ergebnisse neue Angriffsorte für Antibiotika identifizieren oder die Grundlage für das Design von synthetischen räumlich-zeitlich organisierten Systemen zur Optimierung von Zellen für angewandte Zwecke bilden. Die wissenschaftliche Arbeit im Verbund wird durch umfassende Unterstützungsstrukturen erleichtert, die Kollaborationen zwischen den beteiligten Forschungsgruppen fördern. Zudem vermittelt ein neu eingerichtetes integriertes Graduiertenkolleg (iBacCell) den Promovierenden im Verbund die Kenntnisse und Fähigkeiten, die für ein produktives interdisziplinäres Zusammenarbeiten notwendig sind und die Grundlage für eine zukünftige Karriere in und außerhalb der Wissenschaft bilden.
Teilprojekt:
Es ist nach wie vor weitestgehend unklar, durch welche Mechanismen die räumlich-zeitlich Kontrolle der polaren Flagellensynthese reguliert wird. In vielen Bakterienspezies werden die Flagellenmuster durch zwei miteinander interagierende Proteine, FlhG und FlhF, bestimmt. In diesem Projekt werden wir, in Kooperation mit anderen Gruppen des Konsortiums, weiter untersuchen, wie FlhG als ein molekularer Zähler die Menge der Flagellen bestimmt, wie FlhF die Flagellensynthese an den Zellpol lokalisiert, sowie wie polare Zellprozesse reguliert werden.
Bakterien sind in der Umwelt allgegenwärtig und von großer ökologischer, medizinischer und biotechnologischer Bedeutung. Man weiß mittlerweile, dass sie hochorganisierte Einheiten darstellen, deren Funktion von der dynamischen Positionierung von Biomolekülen an definierten subzellulären Orten abhängt. Diese räumlich-zeitliche Dynamik bildet die Basis für wesentliche zelluläre Prozesse wie Zellwachstum und -teilung, DNA-Segregation, Zellzyklusregulierung, Zelldifferenzierung, Umweltinteraktionen und Motilität. Die zugrunde liegenden Mechanismen unterscheiden sich dabei stark von denen in eukaryotischen Systemen. Der SFB/Transregio TRR 174 vereint 18 Forschungsgruppen mit Schwerpunkt in den Regionen Marburg und München, die zusammen vier eng miteinander vernetzte Kategorien räumlich-zeitlich organisierter Systeme in Bakterien untersuchen. Diese umfassen (i) Zellwachstum, Morphogenese und Zellteilung, (ii) die Organisation und Segregation von DNA sowie Protein-DNA Interaktionen, (iii) die Positionierung von Motilitätsstrukturen sowie (iv) die Dynamik der Assemblierung von (Membran-) Proteinkomplexen. Das zentrale Ziel des TRR 174 ist es zu verstehen, wie lokale Wechselwirkungen zwischen einzelnen zellulären Komponenten zur dynamischen dreidimensionalen Organisation von Bakterienzellen führen. Zu diesem Zweck identifiziert der Verbund Komponenten, die die untersuchten zellulären Prozesse vermitteln, beobachtet ihr kollektives Verhalten in vivo und analysiert ihre Eigenschaften und Wechselwirkungen in vitro. Diese experimentellen Ansätze werden durch Modellierungsstudien ergänzt, welche darauf abzielen, die emergenten Eigenschaften der Systeme aufzudecken. Die Validität der erhaltenen Modelle wird schließlich durch die Rekonstitution isolierter Systeme getestet. Diese Studien werden in einer Reihe verschiedener Spezies durchgeführt. Dadurch wird es möglich, verschiedene Lösungen zu identifizieren, welche die Natur für bestimmte zelluläre Prozesse hervorgebracht hat, und zu klären, ob räumlich-zeitlich organisierte Systeme mit vergleichbaren Funktionen auf ähnlichen Konstruktionsprinzipien basieren. Langfristig gesehen können die im TRR 174 erzielten Ergebnisse neue Angriffsorte für Antibiotika identifizieren oder die Grundlage für das Design von synthetischen räumlich-zeitlich organisierten Systemen zur Optimierung von Zellen für angewandte Zwecke bilden. Die wissenschaftliche Arbeit im Verbund wird durch umfassende Unterstützungsstrukturen erleichtert, die Kollaborationen zwischen den beteiligten Forschungsgruppen fördern. Zudem vermittelt ein neu eingerichtetes integriertes Graduiertenkolleg (iBacCell) den Promovierenden im Verbund die Kenntnisse und Fähigkeiten, die für ein produktives interdisziplinäres Zusammenarbeiten notwendig sind und die Grundlage für eine zukünftige Karriere in und außerhalb der Wissenschaft bilden.
Teilprojekt:
Es ist nach wie vor weitestgehend unklar, durch welche Mechanismen die räumlich-zeitlich Kontrolle der polaren Flagellensynthese reguliert wird. In vielen Bakterienspezies werden die Flagellenmuster durch zwei miteinander interagierende Proteine, FlhG und FlhF, bestimmt. In diesem Projekt werden wir, in Kooperation mit anderen Gruppen des Konsortiums, weiter untersuchen, wie FlhG als ein molekularer Zähler die Menge der Flagellen bestimmt, wie FlhF die Flagellensynthese an den Zellpol lokalisiert, sowie wie polare Zellprozesse reguliert werden.
Koordinierende Einrichtung
- Ludwig-Maximilians-Universität
- Philipps-Universität Marburg
Kooperationspartner mit Förderung
1 von 2
- Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
- Friedrich-Schiller-Universität Jena
- Justus-Liebig-Universität Gießen
- Ludwig-Maximilians-Universität
- Max-Planck-Institut für Biochemie
