Ein Lichtschalter steuert das Bewegungsverhalten von Cyanobakterien

• Antragstellerin: Professorin Dr. Annegret Wilde
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 314674307

Cyanobakterien sind Prokaryoten, die ihre Energie aus der oxygenen Photosynthese beziehen. Sie sind die evolutionären Vorläufer aller Chloroplasten von Pflanzen und Algen. Seit einiger Zeit erfahren Cyanobakterien auf Grund ihres Potenzials für biotechnologische Anwendungen und als Modellorganismus für die Untersuchungen zur pflanzlichen Photosynthese besondere Aufmerksamkeit. Wie für alle photosynthetischen Organismen ist auch für Cyanobakterien die Verarbeitung von Lichtsignalen wichtig, um sich an unterschiedliche Lichtbedingungen anpassen zu können. Die Zellen nutzen einerseits Licht als Energiequelle, andererseits müssen sie sich vor zu hohen Lichtintensitäten und UV-Licht schützen. Das erfordert eine optimale Anpassung an jeweils herrschende Lichtbedingungen. Der Photorezeptor Cph2 aus Synechocystis sp. PCC 6803 absorbiert vier verschiedene Lichtfarben über zwei photosensorische Module. Lichtsignale verschiedener Wellenlängen werden über die enzymatisch aktiven Effektormodule, die den sekundären Botenstoff c-di-GMP synthetisieren oder abbauen, weitergegeben. Die Konzentration dieses Moleküls entscheidet, ob die Cyanobakterien sich aktiv zum Licht bewegen oder die Bildung eines Biofilms induzieren.Wir konnten zeigen, dass der komplexe aus mehreren Domänen bestehende Sensor Cph2 den zellulären c-di-GMP-Spiegel unter Blaulicht verändert, was zur Inhibition der phototaktischen Bewegung der Cyanobakterien in Richtung Blaulichtquelle führt. Obwohl die Kristallstruktur des rot/dunkelrot absorbierenden Phytochrom-Moduls gelöst wurde, konnten wir bisher keine biologische Funktion dieses Teils des Lichtsensors aufklären. Im hier beantragten Projekt möchten wir untersuchen, wie die verschiedenen Lichtsignale, die durch Cph2 wahrgenommen werden, integriert und auf weitere Komponenten der c-di-GMP gesteuerten Signaltransduktionskette übertragen werden, die dann letztendlich die phototaktische Antwort steuert. Weiterhin möchten wir bisher unbekannte c-di-GMP Effektorproteine identifizieren und ihre Rolle in der Regulation der Motilität analysieren. Wir werden verschiedene physiologische, biochemische und genetische Methoden kombinieren (wie z. B. spektroskopische Analysen rekombinanter Proteine, Protein-Protein-Interaktionsstudien, optogenetische Ansätze, sowie Phototaxis-Versuche mit unterschiedlichen cyanobakteriellen Mutanten-Stämmen), mit dem Ziel, den molekularen Mechanismus des Cph2-basierten Signalweges in einem cyanobakteriellen Modellorganismus aufzuklären.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1879: Nucleotide Second Messenger Signaling in Bacteria