Struktur und Dynamik des Pel-Exopolysaccharid-Sekretionssystems von Pseudomonas aeruginosa

• Antragsteller: Professor Dr. Alexej A. Kedrov
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Biochemie ; Biophysik ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 468785194

Biofilme, wie sie die humanpathogene Bakterienart Pseudomonas aeruginosa ausbildet, sind für die Besiedlung von Wirtsgeweben und abiotischen Oberflächen in medizinischen Einrichtungen, sowie für die Resistenz gegen Antibiotika essentiell. Daher ist die Erforschung der Mechanismen hinter der Biofilmbildung von immenser biomedizinischer Bedeutung. Der Aufbau einer permanenten und vitalen Biofilmmatrix beruht auf der Vernetzung von sekretierten Exopolysacchariden, DNS und Proteinen. In P. aeruginosa ist die Sekretion von Exopolysacchariden wie Alginat, Pel und Psl ein wesentlicher Schritt für die Matrixanordnung. Jedoch sind die molekularen Mechanismen dieser Systeme weitgehend unbekannt. Um die Architektur und Dynamik der der Synthese und -Sekretion von Pel zu verstehen, wird die Erforschung des multimeren PelDEG-Komplexes angestrebt. Ein multidisziplinärer Ansatz, der auf Strukturstudien und biomolekularen Analyse in vitro sowie in vivo basiert, wird verwendet um:(a) den Transmembrantunnel von Pel zu identifizieren und die Stöchiometrie der Untereinheiten innerhalb des PelDEG-Komplexes zu bestimmen. (b) die Charakterisierung der Wechselwirkungen des Sekretionskomplexes PelDEG und der zytoplasmatischen Pel-Synthase PelF durchzuführen. (c) die regulatorische Wirkung von zyklischem di-GMP auf die Pel-Synthese und Pel-Translokation zu klären. Methoden der spezifische Mutagenese in Kombination mit In-vivo-Analysen der Biofilmarchitektur sollen zur Verifizierung der In-vitro-Analysen durchgeführt werden. Der Sekretionskomplex, PelDEG, sowie seine einzelnen Untereinheiten sollen für die Strukturanalyse verwendet werden, wobei sowohl die Ansätze mit mittlerer Struktur-Auflösung (Kleinwinkelstreuung) als auch mit hoher Auflösung (Kryo-Elektronenmikroskopie und Röntgenkristallographie) kombiniert werden. Die integrierte Sicht auf, die im Rahmen des Projekts gewonnenen Sekretionsmechanismen wird für das Verständnis der Pel-Sekretion in potentiellen Krankheitserregern von grundlegender Bedeutung sein und auch das Verständnis homologer und komplexerer Systeme erleichtern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen