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DFG project G:(GEPRIS)218313974
Spontane Induktion kryptischer Prophagen in Populationen der Modellorganismen Corynebacterium glutamicum und Escherichia coli
| Coordinator | Professorin Dr. Julia Frunzke ; Professor Dr. Dietrich Kohlheyer ; Professor Dr. Wolfgang Wiechert |
| Grant period | 2012 - 2015 |
| Funding body | Deutsche Forschungsgemeinschaft |
| DFG | |
| Identifier | G:(GEPRIS)218313974 |
⇧ SPP 1617: Phänotypische Heterogenität und Soziobiologie bakterieller Populationen ⇧
Note: DNA viraler Abstammung ist ein häufiges Element bakterieller Genome und umfasst bspw., Prophagen, degenerierte Phagen-Elemente oder einzelne Phagen-Gene. Selbst unter nicht-induzierenden Bedingungen findet man jedoch typischerweise freie Phagen-Partikel im Überstand lysogener Bakterienkulturen. Dies wird als spontane Prophagen-Induktion (SPI) bezeichnet. In der ersten Förderperiode untersuchen wir die spontane Induktion des kryptischen Prophagen CGP3 in Corynebacterium glutamicum. Zeitlich-aufgelöste Einzelzellstudien von Reporterstämmen konnten zeigen, dass die SOS-Antwort partiell für CGP3 SPI verantwortlich ist, was jeweils zum Tod der betreffenden Zelle führt. Zudem konnte eine Prophagen-freie Variante von C. glutamicum ATCC 13032 konstruiert werden, welche äußerst positive Eigenschaften für die Etablierung dieses wichtigen industriell-genutzten Organismus als Plattform-Stamm für zukünftige Entwicklungen aufweist. Mit dem beantragten Projekt, planen wir unsere Untersuchungen der spontanen Prophagen-Induktion sowie deren Einfluss auf die Fitness bakterieller Kulturen fortzusetzen. (1) Am etablierten Modell C. glutamicum planen wir weitere Untersuchungen der Mechanismen, welche SPI auslösen. Vorangegangene Studien konnten einen wichtigen Einfluss der SOS-Antwort zeigen. Diese ist jedoch nur für ca. 60% der CGP3 SPI verantwortlich. Daher interessieren wir uns im folgenden Projekt insbesondere für die Identifizierung weiterer, SOS-unabhängiger Faktoren. Diese umfassen z.B. das kleine, Nukleoid-assoziierte Protein Lsr2 sowie der Einfluss spontaner Mutationen im Phagen-Genom. Weitere regulatorische Proteine sollen mittels DNA-Affinitätschromatographie identifiziert werden. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen werden für die weitere Entwicklung eines mechanistischen Modells genutzt. (2) Des Weiteren planen wir die Etablierung von E. coli K12 als Modell für SPI. Mittels Reporter-Konstrukten soll hier die Aktivität der neun verschiedenen kryptischen Prophagen verfolgt und mit ausgewählten Stress-Antworten korreliert werden. Für die Durchführung eines derartigen Hochdurchsatz-Experiments ist die Weiterentwicklung unserer Mikrofluidik-Plattform für die bakterielle Einzelzell-Analyse von Nöten. Dies umfasst bspw. die Parallelisierung von Experimenten, dynamische Kontrolle der Medien-Zufuhr sowie die Implementierung eines Online Analyse Werkzeugs, welches die Identifizierung bestimmter relevanter Regionen im Chip ermöglicht. Diese Methodik wird auch weiteren Partnern innerhalb des Schwerpunkts im Rahmen von Kooperationen zur Verfügung gestellt. Um den generellen Einfluss kryptischer Phagen-Elemente auf die Physiologie und Stabilität des Wirtsorganismus zu untersuchen, planen wir außerdem die Durchführung einer Langzeit-Evolution Prophagen-freier im Vergleich zu wildtypischen Stämmen. Insgesamt wird dieses Projekt einen signifikanten Beitrag zum detaillierten Verständnis der spontanen Prophagen-Induktion bakterieller Populationen beitragen.
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Journal Article
Deciphering the Rules Underlying Xenogeneic Silencing and Counter-Silencing of Lsr2-like Proteins Using CgpS of Corynebacterium glutamicum as a Model
mBio 11(1), e02273-19/mbio/11/1/mBio.02273-19.atom (2020) [10.1128/mBio.02273-19]
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