Die molekularen Grundlagen der Adhäsion und Fortbewegung von Diatomeen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Nils Kröger; Nicole Poulsen, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 389641685

Diatomeen sind einzellige Algen, die ca. 20% der globalen Biomasse produzieren, und sind daher von herausragender ökologischer Bedeutung. Viele Diatomeen haben die Fähigkeit sich unter Wasser an natürliche und künstliche Oberflächen anzuheften und durch Gleiten fortzubewegen. Im Gegensatz zum Mechanismus der Unterwasseradhäsion von Muschel, die gut charakterisiert ist, ist die Adhäsion von Diatomeen nicht an DOPA-enthaltende Proteinen gebunden. Diatomeen produzieren stattdessen ein Protein-haltiges, Kohlenhydrat-reiches adhäsives Material (AM), dass durch einen speziellen Spalt in der Zellwand (genannt Raphe) sezerniert und als Schleimspur auf dem Substratum zurückbleibt. Das AM sorgt für die notwendige Haftreibung auf dem Substratum, während die Kraft für die zelluläre Fortbewegung durch ein intrazelluläres Aktin-Myosin System erzeugt wird. Es wird vermutet, dass dieses Aktin-Myosin System über intrazelluläre und Transmembranproteine mit dem extrazellulären Proteinen und Polysaccariden des AM verbunden ist. Bisher ist die molekulare Zusammensetzung des AM und der mit dem Aktin-Myosin basierten Motilitätsapparat assoziierten Komponenten weitestgehend unbekannt. Aufbauend auf vor kurzem von uns erzielten experimentelle Fortschritten, haben wir uns in diesem Projekt das Ziel gesetzt, sämtliche Proteine des Adhäsions-Motilitäts-Komplexes von Craspedostauros australis, einem Modellorganismus für die Diatomeenadhäsion, zu identifizieren. Hierbei werden wir uns Methoden der Proteomanalyse, Bioinformatik und Molekulargenetik bedienen, und werden mittels Adhäsions- und Mobilitätstests diejenigen Proteine identifizieren und funktionell charakterisieren, die an der Unterwasseradhäsion und der Fortbewegung der Diatomeen beteiligt sind. Unsere Ergebnisse werden fundamental neue Einisichten in die molekularen Grundlagen liefern, welche (a) die Unterwasseradhäsion von Diatomeen und (b) das schnelle bi-direktionale Gleiten von Diatomeen auf Oberflächen ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen