Regulatorische RNAs und RNA-Bindeproteine in Bacteroides thetaiotaomicron

• Antragsteller: Professor Dr. Alexander Westermann, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 436382683

Bakterien nutzen nicht-kodierende RNA-Moleküle und zugehörige RNA-Bindeproteine um den zellulären Metabolismus aufrecht zu halten, globale Genexpression an sich ändernde Bedingungen zu koppeln, Nährstoffe aufzuspüren, oder um sich gegen Bakteriophagen zu schützen. Die Forschung an bakteriellen RNAs hat bereits einen grundlegenden Beitrag zu Biomedizin und Biotechnologie geleistet. Allerdings stammt der Großteil unseres Wissens über bakterielle RNA-Biologie aus wenigen aeroben Modellorganismen, wohingegen etliche medizinisch relevante kommensale Bakterien, wie etwa die anaeroben Vertreter unserer Darm-Mikrobiota, diesbezüglich bislang kaum untersucht wurden. Studien weisen darauf hin, dass nur wenige RNA-abhängige Prozesse in phylogenetisch entfernten Bakterien konserviert sind, und dass vielmehr ein Großteil der regulatorischen RNAs Familien-, Gattungs-, oder gar Stamm-spezifisch sind. Dies wiederum deutet darauf hin, dass die RNA-biologische Erforschung der uns besiedelnden Darmbakterien noch viele Entdeckungen bereithält.Bacteroides thetaiotaomicron ist ein wichtiger, anaerober Darmsymbiont, der für metabolische Prozesse sowie für die Resistenz seines Wirts gegenüber Darminfektionen eine bedeutende Rolle spielt. Allerdings sind die zugrunde liegenden regulatorischen Mechanismen wenig verstanden und beschränken sich vornehmlich auf Protein-vermittelte Kontrolle der Transkription. Dagegen sind etwaige post-transkriptionale Regulationen, wie sie beispielsweise von kleinen regulatorischen RNAs (sRNAs) vermittelt werden, in diesem Bakterium unerforscht. Wir haben kürzlich das B. thetaiotaomicron-Transkriptom neu annotiert und dabei ~200 zuvor nicht beschriebene sRNA-Kandidaten identifiziert.In diesem Antrag schlage ich vor, ausgehend von unserem Datensatz, solche Bacteroides sRNAs zu identifizieren, die für die Kolonisierung seiner In-Vivo-Nische relevant sind. Dazu soll ein In-vitro-Modell des Dickdarms unter hypoxischen Bedingungen mit B. thetaiotaomicron kolonisiert werden. Zu definierten Zeitpunkten nach der Kolonisierung soll RNA extrahiert und Genexpression in den wechselwirkenden Organismen gemessen werden. Für eine detaillierte Charakterisierung ihrer Wirkungsmechanismen, werden einzelne sRNA-Kandidaten basierend auf ihrem Expressionsprofil, ihrer Konservierung, sowie aufgrund von potenziellen Kolonisierungsdefekten entsprechender Deletionsmutanten ausgewählt. Für diese sRNAs sollen „Target“-Transkripte durch eine Kombination von computerbasierten und experimentellen Ansätzen bestimmt werden. Daneben sollen RNA-Bindeproteine, welche mit den ausgewählten sRNAs interagieren, durch „Pull-Down“-Experimente identifiziert werden. Die molekularen Voraussetzungen, die diese Wechselwirkungen gewährleisten, werden durch eine Vielzahl biochemischer Ansätze aufgedeckt. Insgesamt wird das vorgeschlagene Projekt somit in-vivo-relevante RNA-Kontrollmechanismen in einem wichtigen Vertreter unserer Darm-Mikrobiota entschlüsseln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen