Entschlüsselung der komplexen Regulation des Expressionsprogramms von T4-ähnlichen Cyanophagen

• Antragstellerinnen: Professorin Debbie Lindell, Ph.D.; Dr. Claudia Steglich
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 464976318

Marine einzellige Cyanobakterien sind wichtige Primärproduzenten in den Weltmeeren, deren Häufigkeit, Vielfalt und Evolution maßgeblich von Cyanophagen beeinflusst werden. Eine bedeutende Familie mariner Cyanophagen sind die T4-ähnlichen Cyanomyoviren, die viele Ähnlichkeiten mit dem E. coli infizierenden T4-Archetyp haben. Die Genexpression von T4-ähnlichen Cyanophagen erfolgt in drei Expressionsgruppen entsprechend der frühen, mittleren und späten Infektionsphase und vermutlich unter Nutzung spezifischer Promotoren für jede Expressionsgruppe. Genau wie T4 besitzen T4-ähnlichen Cyanophagen keine eigene RNA-Polymerase und müssen die des Wirts nutzen. Im Vergleich zu T4 haben marine Cyanophagen jedoch andere frühe und mittlere Phase-Promotoren und wichtige Regulatoren dieser Promotoren sind nicht vorhanden. Sie haben aber T4-ähnliche Promotoren und Regulatoren für Gene der späten Expressionsgruppe. Unser Forschungsziel im Rahmen des SPP2330 ist die Klärung der Regulation des Expressionsprogramms mariner T4-ähnlicher Cyanophagen auf transkriptioneller und post-transkriptioneller Ebene. Dazu konzentrieren wir uns auf (1) die Identifizierung von Wirt- und Phagenfaktoren, die Phagenpromotoren regulieren, (2) die Untersuchung von RNA-bindenden Proteinen, die an der post-transkriptionellen Regulation beteiligt sind, (3) die Aufklärung von Phagenfaktoren, die mit der RNA-Polymerase des Wirts interagieren und (4) die Weiterentwicklung genetischer Methoden für die Erforschung mariner Cyanophagen. Als Modellsystem dienen Syn9 und der marinen Synechococcus-Stamm WH8109, die beide genetisch manipulierbar sind. In der ersten Förderperiode haben wir Phagenproteine identifiziert, die wahrscheinlich an der Regulation des Expressionsprogramms beteiligt sind, und ein Phagen-Genmanipulationssystem für die Untersuchung essentieller Gene unter Verwendung eines genetischen Knockdown-Ansatzes entwickelt. Des Weiteren haben wir vier Phagenmutanten erzeugt, die alle deutliche Phänotypen aufweisen, wobei drei längere Latenzzeiten haben und zwei weniger Phagennachkommen produzieren. Zusätzlich haben wir Methoden zur experimentellen Identifizierung von (1) Regulatoren, die mit Phagenpromotoren interagieren, (2) Phagenproteinen, die in Wechselwirkung mit der RNA-Polymerase stehen und (3) RNA-bindenden Proteinen etabliert. In der nächsten Förderperiode werden wir diese Methoden einsetzen, um Proteine zu finden, die an der transkriptionellen und post-transkriptionellen Regulation der Genexpression von Syn9 beteiligt sind, und die Rolle dieser Proteine im Infektionszyklus mit Hilfe von Knockout- oder Knockdown-Mutanten genauer untersuchen. Wir werden auch weitere genetische Werkzeuge für die Erforschung mariner Cyanophagen entwickeln. Unsere Studien werden grundlegende Informationen darüber liefern, wie marine T4-ähnliche Cyanophagen ihre Genexpression regulieren, und das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen diesen Phagen und ihren ökologisch wichtigen Wirten verbessern.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2330: Neue Konzepte der Virus-Wirt Interaktion in Prokaryoten – von Einzelzellen zu mikrobiellen Gemeinschaften
• Internationaler Bezug: Israel