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Projekt
Analyse der großen Vielfalt an Anti-Retron-Mechanismen in Phagengenomen
Antragsteller
Athanasios Typas, Ph.D.
Fachliche Zuordnung
Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
Förderung
Förderung seit 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 548567266
Bakterien nutzen ein beeindruckend vielseitiges Repertoire an Immunsystemen, um sich vor Phageninfektionen zu schützen. Sogar innerhalb der gleichen Kategorie verwenden bakterielle Immunsysteme eine Vielzahl an Mechanismen, von denen die molekulare Funktionsweise jedoch noch weitgehend unklar ist. Retrons, die Phageninfektionen mittels abortiver Infektion unterbinden, spiegeln diese Diversität wider. Diese weit verbreiteten dreiteiligen Immunsysteme besitzen eine reverse Transkriptase und eine schnell evolvierende nicht-kodierende DNA (oder DNA-RNA hybrid) um diverse Effektorproteine zu kontrollieren. Die Effektorproteine sind für die Klassifizierung in verschiedene Familien ausschlaggebend. Erste Beispiele von phagenkodierten Strategien zur Überwindung dieser Immunsysteme wurden kürzlich beschrieben, es fehlen jedoch adäquate Methoden, um Anti-Immunsysteme (Blocker) systematisch zu erforschen, was auf der hohen Modularität und vielen uncharakterisierten Genen in Phagengenomen beruht. Die Modularität verhindert den effektiven Einsatz von Genomkontext-basierten Methoden, die zur Entdeckung vieler bakterieller Immunsysteme beigetragen haben. Diese Limitierung konnten wir durch eine unvoreingenommene genetische Methode überwinden, die eine Vielzahl an Phagen-basierten Anti-Retron Strategien offengelegt hat und vermutlich auf andere bakterielle Immunsysteme übertragbar ist. Mittels funktionaler Metagenomik und eines vorwärtsgerichteten genetischen Screens für Retron-Sen2 konnten wir über 50 unterschiedliche Phagenproteine identifizieren, die das RcaT Toxin inhibieren, auch während der Phageninfektion. Die Hälfte dieser Proteine besitzt keine Ähnlichkeit mit bekannten Proteinen. Im Rahmen dieses Antrags wollen wir die Funktionen dieser Proteine unterteilen. Hierbei fokussieren wir uns auf Proteine die RcaT direkt binden, was konvergente Evolution als bedeutenden Einfluss auf Phagen-basierte Blocker indizieren würde. Weiterhin wollen wir die Ausbreitung von Blockern in Phagengenomen erforschen. Hier wollen wir durch die Inaktivierung/Reduzierung von existierenden Blockern, sowie die Integrierung in neue Phagen, feststellen, ob Blocker notwendig und ausreichend zur Überwindug bakterieller Immunsysteme in einem natürlichen Infektionskontext sind. Um die molekularen Mechanismen von Blockern zu erforschen, werden wir diese gegen diverse Retrons gleicher und unterschiedlicher Klassen, als auch gegen Immunsysteme mit ähnlichen Mechanismen testen. Außerdem werden wir durch experimentelle Evolution Blocker gegen bestimmte Retrons selektieren, um im Anschluss den Einfluss auf die Verteidigung gegen andere Retrons und Immunsysteme. Dieses Projekt bezweckt die Diversität von Phagen-basierten Blockern basierend auf RcaT Retrons als Modellsystemen zu erforschen, und implementiert eine flexible und skalierbare Methode, die für jedes bakterielle Immunsystem und das zugehörige Blocker Repertoire eingesetzt werden kann.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
