Untersuchung der Rolle bakterieller Sterolanaloga bei Membraneigenschaften und Akklimatisierung an Umweltstress

• Antragsteller: Dr. James Saenz
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 527181518

Die Membran vermittelt Wechselwirkungen zwischen Zellen und ihrer Umgebung. Wir konnten zeigen, dass in Bakterien Sterol-Analoga, sogenannte Hopanoide, für die Eigenschaften und die Funktion der bakteriellen Membranen von Bedeutung sind. In Bakterien, welche nicht mehr selber Hopanoide synthetisieren können verändert sich nicht nur die Eigenschaften der Membran, sondern sind auch der Membrantransport beeinträchtigt und Bakterien dadurch anfällig für Antibiotika und Toxine. Tatsächlich konnten sowohl wir, als auch andere Arbeitsgruppen zeigen, dass Hopanoide Bakterien gegen Umweltbelastungen widerstandsfähig machen. Es ist jedoch noch unklar, wie die verschiedenen Hopanoid- Klassen, mit jeweils anderen Strukturen, zur Widerstandsfähigkeit der Organismen beitragen, die Membraneigenschaften bei sich ändernden Wachstumsbedingungen beeinflussen, und wie weit Membraneigenschaften angepasst werden können, bevor wichtige zelluläre Funktionen, wie beispielsweise der Membrantransport, versagen. In diesem Antrag wollen wir den Beitrag der verschiedenen Hopanoidstrukturen zur Funktion und biophysikalischen Eigenschaft von bakteriellen Membranen aufklären. Wir werden zwei Bakterienarten untersuchen, bei welchen Hopanoide in unterschiedlichen Membranen vorkommen: bei dem gramnegativen Bakteriums Methylobacterium extorquens in der Äußeren Membran, und bei dem Bakterium Mesoplasma florum in der energieerzeugende Plasmamembran. Durch experimentelle Manipulation der Hopanoid-Zusammensetzung in diesen Membranen werden wir charakterisieren, wie drei verschiedene Hopanoid-Strukturvarianten zur zellulären Anpassung an sich verändernde Umweltbedingungen und zu Membraneigenschaften und Membranfunktionen beitragen. Zu diesem Zweck wollen wir 1) die Auswirkungen der Deletionen des Hopanoid-Stoffwechsels auf das Wachstum bestimmen, 2) charakterisieren, wie die Hopanoid-Struktur die Eigenschaften der Oberflächenmembranen beeinflusst und 3) untersuchen, wie die Hopanoid-Zusammensetzung die Efflux-Aktivität der Membranen beeinflusst. Das Verständnis der Rolle der Hopanoide bei der Modulation von Membraneigenschaften und -funktionen wird neue Werkzeuge für die Entwicklung anpassungsfähiger synthetischer Membranen liefern und lipidomische Mechanismen für die Anpassung der Oberflächenmembran an Umweltveränderungen aufdecken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen