Entschlüsseln der Funktionen von Glykosylierung in der Biofilmbildung von Prokaryoten

• Antragsteller: Dr. Stefan Schulze
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398625447

Biofilme sind komplexe Strukturen, die mikrobielle Gemeinschaften vor äußerem, umweltbedingtem Stress schützen. Während biotechnologische Anwendungen von Biofilmen z.B. ihren Nutzen in der Bioremediation oder der Produktion von wertvollen chemischen Verbindungen beinhalten, schaden Infektionen, die auf Biofilmen beruhen, jährlich erheblich der Gesundheit vieler Millionen Menschen und verringern signifikant die Produktion von Nahrungsmitteln. Trotz ihrer steigenden Beudeutung, sowohl für die Ökonomie als auch die menschliche Gesundheit, sind einige Aspekte der Regulierung der Biofilmbildung immernoch unzureichend verstanden. Dies gilt vor allem für den Übergang von frei schwimmenden planktonische Zellen, zu sessilen, in Biofilme eingebettete Zellen und die Rollen, die post-translationelle Modifikationen dabei spielen. Studien haben kürzlich nahegelegt, dass die Anfangsstadien der Biofilmbildung in Haloferax volcanii, einem etablierten Modell-Archaeon, durch differenzielle Glykosylierung der Flagellen und Pili, Filamente an der Zelloberfläche, die für die Fortbewegung bzw. Adhäsion an Oberflächen nötig sind, reguliert werden. Bemerkenswerterweise werden Glykosylierungen auch die Motilität und Virulenz einiger bakterieller Pathogene benötigt, was auf eine generelle Funktion der Protein-Glykosylierung in der Regulierung von Biofilmen hindeutet. In diesem Projekt wird eine detaillierte funktionelle Analyse der Anfangsstadien der Biofilmbildung in H. volcanii durchgeführt werden. Dabei werden quantitative Methoden der Proteomik sowie neuartige bioinformatische Software eingesetzt werden, um die Funktionen zu charakterisiern, die Glykosylierungen, zusammen mit weiteren Modifikationen, in der Entwicklung und Regulierung von Biofilmen haben. Dieser proteomische Ansatz wird komplementiert durch phänotypische Analysen von Knockout-Mutanten von Glykoproteinen und Komponenten, die für die Biosynthese der Glykosylierungen, sowie der Flagellen und Pili, nötig sind. Des Weiteren wird diese Strategie auf Pseudomonas aeruginosa angewendet werden, um die Rolle von Glykosylierungen in diesem verstärkt auftretenden Pathogen neu zu belichten, vor allem in Verbindung zu Biofilmen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen werden daher auch von großer biomedizinischer Bedutung sein.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Dr. Mechthild Pohlschröder