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Projekt
Befragung von DNA-zentrierten bakteriellen Abwehrmechanismen und Phagen-Gegenabwehr
Antragsteller
Professor Dr. Chase Beisel
Fachliche Zuordnung
Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465069819
Das anhaltende Wettrüsten zwischen Bakterien und (Bakterio-)Phagen hat die Entwicklung einer Vielzahl von bakteriellen Abwehrmechanismen und von durch Phagen kodierten Abwehrmechanismen vorangetrieben, wobei jede Seite ständig versucht, die Oberhand zu gewinnen. In den letzten Jahren gab es eine explosionsartige Zunahme neu entdeckter Verteidigungs- und Abwehrmechanismen, die jedoch fast alle noch nicht experimentell charakterisiert wurden. In der ersten Förderperiode haben wir uns bemüht, zellfreie Transkriptions-Translations-Systeme (TXTL) einzusetzen, um neuartige Verteidigungsmechanismen zu erforschen. Diese Bemühungen führten zu mechanistischen Einsichten in die Membranassoziation durch Zorya Typ II Abwehrsysteme sowie zur Entdeckung eines Anti-CRISPR-Proteins (AcrIC11) mit Homologie zu einem seit langem bekannten, aber schlecht charakterisierten Anti-Restriktionsprotein (KlcA). Wir begannen auch mit der Charakterisierung der wenig erforschten Druantia-Typ-III-Systeme und stießen auf flankierende Gene, die möglicherweise eine bisher nicht beschriebene Abwehr darstellen. In der zweiten Förderperiode werden wir auf diesen Erkenntnissen, unserem Fachwissen über TXTL und umfangreichen vorläufigen Daten aufbauen, um unser Verständnis der DNA-zentrierten bakteriellen Abwehr und der Phagenabwehr zu verbessern. Dabei werden wir insbesondere zwei hypothesengesteuerte Forschungsziele verfolgen: Ziel 1: Aufklären, wie KlcA/AcrIC11 R-M-Systeme und CRISPR-Cas-Systeme hemmt. Dieses Ziel wird von der Hypothese geleitet, dass AcrIC11 und KlcA sowohl R-M-Systeme vom Typ I als auch CRISPR-Cas-Systeme vom Typ I-C hemmen, indem sie direkt mit Nuklease-Untereinheiten interagieren, um die DNA-Translokation zu blockieren. Ziel 2: Feststellen, wie die Druantia-Typ-III-Abwehr Phageninfektionen blockiert. Dieses Ziel wird von der Hypothese geleitet, dass Druantia III Phageninfektionen durch Spaltung der viralen DNA durch Erkennung eines freien 3′-Überhangs verhindert, während Serket ein neuartiges Anti-Phagen-Abwehrsystem darstellt, das alle vier Gene benötigt und Resistenz gegen epigenetisch veränderte Phagen verleiht, die unempfindlich gegenüber Druantia III sind. Wenn dieses Projekt erfolgreich ist, wird es ein Anti-Abwehr-Protein aufzeigen und charakterisieren, das in der Lage ist, mehrere vorherrschende Abwehrmechanismen zu hemmen, obwohl die Abwehrmechanismen keine gemeinsamen Komponenten haben. Außerdem wird es mechanistische Einblicke in bisher kaum erforschte DNA-zentrierte Abwehrmechanismen liefern. Im Gegenzug erwarten wir, unser Verständnis der Interaktionen zwischen Bakterien und Phagen durch ihr Arsenal an Verteidigungs- und Gegenverteidigungsmaßnahmen erheblich zu erweitern.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
