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Projekt
Koordinationsfonds
Antragsteller
Professor Dr. Karl Forchhammer
Fachliche Zuordnung
Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
Förderung
Förderung von 2018 bis 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 397695561
Cyanobakterien sind die ursprünglichsten Sauerstoff bildenden photosynthetischen Organismen auf dem Planten Erde. Ihre herausragende ökologische Bedeutung beruht auf einem Stoffwechsel, bei dem Kohlendioxyd und Wasser durch Sonnenlicht in organische Materie und Sauerstoff umgewandelt wird. Neuerdings geraten Cyanobakterien zunehmend in den Fokus als „Grüne Zellfabriken“ für eine nachhaltige Ökonomie. Trotz ihrer globalen ökologischen und kommenden wirtschaftlichen Bedeutung sind unsere Kenntnisse über die Regulierung des Primärstoffwechsels noch sehr lückenhaft, was auch an der ungeahnten Komplexität der Stoffwechselsvorgänge in diesen Organismen liegt. Die Cyanobakterien wechseln zwischen einem photoautotrophen (CO2-fixiernd) und heterotrophen (CO2-freisetzend) Stoffwechselmodus bei Tag-Nacht und bei bestimmten wechselnden Umweltbedingungen. Dabei ist die enzymatische Ausstattung für beide Lebensstile gleichzeitig in der selben Zelle vorhanden. Um die zugrunde liegenden molekularen Prozesse zu ergründen, die dieses äußert präzise ablaufende Geschehen steuern, haben sich die Antragsteller zu einem interdisziplinären Team mit gebündelter Expertise in einer Forschungsgruppe zusammen gefunden: The Autotrophy Heterotrophy Switch in Cyanobacteria: Coherent decision-making on multiple regulatory layers” (abgekürzt: “SCyCode”). Wesentliche Entdeckungen in der ersten Förderperiode heben die Bedeutung von Isoenzymen hervor, die auf verschiedenen Ebenen wie Redox, Energie-Status, posttranslationale Modifikation reguliert werden, oder die dynamische Selbstorganisation von Multi-Enzym Komplexen unter Beteiligung von kleinen nicht-enzymatischen Peptiden mit regulatorischer Funktion, wie z.B. CP12 oder die neu entdeckten Peptid PirC oder NblD. Wir haben der Wissenschaftsgemeinschaft öffentlich zugängliche Daten-Ressourcen bereit gestellt für die Analyse von multifaktoriellen Protein-Metaboliten oder Protein-RNA Komplexen. Wir haben auch wichtige Schritte unternommen für ein systematisches Verständnis des cyanobakteriellen Phosphoproteoms, Metaboloms und Proteogenoms. Diese Ressourcen werden in der nächsten Förderperiode weiter entwickelt werden, indem die dynamischen Veränderungen der makromolekularen Komplexe unter verschiedenen Wachstumsbedingungen und physiologischen Zuständen erforscht werden. Auf Grundlage der Ergebnisse der ersten Förderperiode haben wir Hypothesen entwickelt, die in der zweiten Förderperiode durch gezielte Experimente überprüft werden sollen. Der Schwerpunkt wird auf einem mechanistischen Verständnis der Struktur-Funktionsbeziehungen in der Organisation von Stoffwechselwegen liegen und auf Regulation, Redox-Signalen und posttranslatonaler Kontrolle. Ein derartiger integrierter Blick auf die netzwerkartige Kontrolle von Stoffwechseländerungen ist essentiell für zukünftige biotechnologische Anwendungen sowie für ein systemweites Verständnis des cyanobakteriellen Stoffwechsels mittels kinetischer Modelle.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
