Cell-surface interactions of Shewanella oneidensis MR-1 - role of eDNA and nucleolytic activity
Final Report Abstract
Insgesamt konnten die in den Anträgen formulierten Ziele im Rahmen der Arbeiten erreicht werden. Zunächst wurde das vorgestellte packed bead-System zur Isolierung von oberflächenassoziierten Zellen erfolgreich eingesetzt, um einen einzigartigen Datensatz zu Transkriptionsänderungen während der frühen Biofilmphasen zu generieren. Von dieser Grundlage aus wurde das Projekt in Richtung der Prophageninduktion weiter entwickelt, und es konnte ein neues Konzept einer Phagen-Wirt-Interaktion erarbeitet werden. Die Transkriptionsdaten erlaubten außerdem, einen Mechanismus für die Phageninduktion vorzustellen. Es ist zu vermuten, dass ähnliche Mechanismen auch in anderen Bakterienspezies bei der Biofilmbildung, bzw. der Zell-Zell-Interaktion, beteiligt sind. Zudem wurde ein zu der Zeit neuartiger Mechanismus postuliert, über den die zur Biofilmbildung benötige extrazelluläre DNA freigesetzt wird. Dies erlaubte weiterführende Arbeiten zur Rolle von extrazellulären Nukleasen in der Bakterienphysiologie und der Biofilmbildung, welche die Grundlagen zur Stellung eines Fortsetzungsantrages bildeten. Auch hier wurde dem in der Projektbeschreibung skizzierten Weg gefolgt und es konnte eine extrazelluläre Nuklease charakterisiert werden, die bei einer Reihe von bakteriellen Spezies eine Rolle spielt. Im Laufe der Projekte wurden zudem eine Reihe neuer Methoden etabliert (Isolierung von oberflächenassoziierten Zellen, in vitro-Aktivitätsmessungen von Nukleasen, eine Reihe Vektoren und genetischer Systeme für Shewanella). Eine direkte Überführung der im Rahmen der hier durchgeführten Studien erworbenen Kenntnisse in eine Anwendung zur wirtschaftlichen Nutzung ist bisher nicht gegeben. Die Charakterisierung der Nuklease ExeM erwies sich als sehr aufwändig, sodass immer noch Fragen zur Regulation und Aktivität bleiben, welche in weiteren Arbeiten beantwortet werden könnten. Zudem bieten die zu Beginn generierten Transkriptdaten eine große Zahl potentieller weiterer Anknüpfungspunkte zu Untersuchungen von Faktoren der frühen Biofilmbildung, von denen im Rahmen der hier vorgestellten Arbeiten nur ein Bruchteil bearbeitet werden konnte. Gerade die Frage nach der Rolle von Phagen/Prophagen in mikrobiellen Gemeinschaften bietet eine Vielzahl von denkbaren weiteren Studien. Dies soll in entsprechenden neu ausgerichteten Projekten bearbeitet werden.
Publications
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(2011) Phage-induced lysis enhances biofilm formation in Shewanella oneidensis MR-1. ISME J 5: 613-626
Gödeke, J, Paul, K, Lassak, J, and KM Thormann
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(2011) Roles of two Shewanella oneidensis MR-1 extracellular nucleases. Appl Environ Microbiol 77: 5342-5351
Gödeke, J, Heun, M, Bubendorfer, S, Paul, K, and KM Thormann
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(2012) Functional specificity of extracellular nucleases of Shewanella oneidensis MR-1. Appl Environ Microbiol 78: 4400-4411
Heun, M, Binnenkade, L, Kreienbaum, M, and KM Thormann
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(2012) Transcriptome analysis of early surfaceassociated growth of Shewanella oneidensis MR-1. PLoS ONE 7: e42160
Gödeke, J, Binnenkade, L, and KM Thormann
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(2014) Secreted single-stranded DNA is involved in the initial phase of biofilm formation by Neisseria gonorrhoeae. Environ Microbiol 16: 1040-1052
Zweig, M, Schork, S, Koerdt, A, Siewering, K, Sternberg, C, Thormann, K, Albers, S-V, Molin, S, and C van der Does
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(2014). Iron triggers λSo prophage induction and release of extracellular DNA in Shewanella oneidensis MR-1 biofilms. Applied and environmental microbiology 80 (17) 5304-5316
Binnenkade, Lucas; Teichmann, Laura; Thormann, Kai M.
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(2018) Characterization of ExeM, an extracellular nuclease of Shewanella oneidensis MR-1. Frontiers Microbiol 9
Binnenkade, L, Kreienbaum, M, and KM Thormann
