TRR 174:  Räumliche-zeitliche Dynamik bakterieller Zellen

• Fachliche Zuordnung: Biologie ; Medizin
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Webseite: Zur Homepage
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 269423233

Bakterien sind in der Umwelt allgegenwärtig und von großer ökologischer, medizinischer und biotechnologischer Bedeutung. Man weiß mittlerweile, dass sie hochorganisierte Einheiten darstellen, deren Funktion von der dynamischen Positionierung von Biomolekülen an definierten subzellulären Orten abhängt. Diese räumlich-zeitliche Dynamik bildet die Basis für wesentliche zelluläre Prozesse wie Zellwachstum und -teilung, DNA-Segregation, Zellzyklusregulierung, Zelldifferenzierung, Umweltinteraktionen und Motilität. Die zugrunde liegenden Mechanismen unterscheiden sich dabei stark von denen in eukaryotischen Systemen. Der SFB/Transregio TRR 174 vereint 18 Forschungsgruppen mit Schwerpunkt in den Regionen Marburg und München, die zusammen vier eng miteinander vernetzte Kategorien räumlich-zeitlich organisierter Systeme in Bakterien untersuchen. Diese umfassen (i) Zellwachstum, Morphogenese und Zellteilung, (ii) die Organisation und Segregation von DNA sowie Protein-DNA Interaktionen, (iii) die Positionierung von Motilitätsstrukturen sowie (iv) die Dynamik der Assemblierung von (Membran-) Proteinkomplexen. Das zentrale Ziel des TRR 174 ist es zu verstehen, wie lokale Wechselwirkungen zwischen einzelnen zellulären Komponenten zur dynamischen dreidimensionalen Organisation von Bakterienzellen führen. Zu diesem Zweck identifiziert der Verbund Komponenten, die die untersuchten zellulären Prozesse vermitteln, beobachtet ihr kollektives Verhalten in vivo und analysiert ihre Eigenschaften und Wechselwirkungen in vitro. Diese experimentellen Ansätze werden durch Modellierungsstudien ergänzt, welche darauf abzielen, die emergenten Eigenschaften der Systeme aufzudecken. Die Validität der erhaltenen Modelle wird schließlich durch die Rekonstitution isolierter Systeme getestet. Diese Studien werden in einer Reihe verschiedener Spezies durchgeführt. Dadurch wird es möglich, verschiedene Lösungen zu identifizieren, welche die Natur für bestimmte zelluläre Prozesse hervorgebracht hat, und zu klären, ob räumlich-zeitlich organisierte Systeme mit vergleichbaren Funktionen auf ähnlichen Konstruktionsprinzipien basieren. Langfristig gesehen können die im TRR 174 erzielten Ergebnisse neue Angriffsorte für Antibiotika identifizieren oder die Grundlage für das Design von synthetischen räumlich-zeitlich organisierten Systemen zur Optimierung von Zellen für angewandte Zwecke bilden. Die wissenschaftliche Arbeit im Verbund wird durch umfassende Unterstützungsstrukturen erleichtert, die Kollaborationen zwischen den beteiligten Forschungsgruppen fördern. Zudem vermittelt ein neu eingerichtetes integriertes Graduiertenkolleg (iBacCell) den Promovierenden im Verbund die Kenntnisse und Fähigkeiten, die für ein produktives interdisziplinäres Zusammenarbeiten notwendig sind und die Grundlage für eine zukünftige Karriere in und außerhalb der Wissenschaft bilden.

• DFG-Verfahren: Transregios

Abgeschlossene Projekte

• P01 - Räumlich-zeitliche Regulation von Zellteilung und Motilität in Myxococcus xanthus (Teilprojektleiterin Sogaard-Andersen, Lotte )
• P02 - In vitro-Rekonstitution der Nukleoid-abhängigen Positionierung interagierender Proteinkomplexe durch ParA-ähnliche ATPasen (Teilprojektleiterin Schwille, Petra )
• P03 - Grundlegende Mechanismen zur Erzeugung räumlich-zeitlicher Proteinmuster in bakteriellen Zellen (Teilprojektleiter Frey, Erwin )
• P04 - Knospung und asymmetrische Zellteilung in Hyphomonas neptunium (Teilprojektleiter Thanbichler, Martin Rudolf )
• P05 - Räumlich-zeitliche Kontrolle des apikalen Zellwachstums in Corynebakterien (Teilprojektleiter Bramkamp, Marc )
• P06 - Physikalische Prinzipien der Organisation und Segregation chromosomaler DNA durch ParABS und SMC (Teilprojektleiter Broedersz, Chase )
• P07 - Räumliche Organisation und zeitliche Dynamik alpha-rhizobieller Multi-Replikon-Genome (Teilprojektleiterin Becker, Anke )
• P08 - Modellierung der räumlichen Organisation bakterieller Chromosomen (Teilprojektleiter Lenz, Peter )
• P09 - Räumlich-zeitliche Dynamik von niedrig-abundanten Rezeptoren (Teilprojektleiterin Jung, Kirsten )
• P10 - Quantitative Analyse eines räumlichen "Kippschalters" und eines Einkomponenten-Signalsystems in Bakterien (Teilprojektleiter Gerland, Ulrich )
• P11 - Räumlich-zeitliche Regulation des peritrichen Flagellenmusters in Bacillus subtilis (Teilprojektleiter Bange, Gert )
• P12 - Molekulare und mechanistische Basis der räumlich-zeitlichen Organisation polarer und lateraler Flagellen (Teilprojektleiter Thormann, Kai )
• P13 - Co-translationale Membraninsertion von Proteinen durch SRP und FlhF (Teilprojektleiter Beckmann, Roland )
• P14 - Chromosomen- und Protein-Dynamik während der Insertion von Membranproteinen in die Zellmembran (Teilprojektleiter Graumann, Peter )
• P15 - Räumlich-zeitliche Dynamik eines Membran-assoziierten, RNA-bindenden Proteins und seiner RNA Liganden in Vibrio cholerae (Teilprojektleiter Papenfort, Kai )
• P16 - Diffusive Eigenschaften von Proteinen in einer Bakterienzelle (Teilprojektleiter Sourjik, Victor )
• Z02 - Zentrale Aufgaben des SFB/Transregio (Teilprojektleiter Thanbichler, Martin Rudolf )

• Antragstellende Institution: Philipps-Universität Marburg
• Mitantragstellende Institution: Ludwig-Maximilians-Universität München
• Beteiligte Hochschule: Justus-Liebig-Universität Gießen; Technische Universität München (TUM)
• Beteiligte Institution: Max-Planck-Institut für Biochemie (MPIB); Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie
• Sprecher: Professor Dr. Martin Rudolf Thanbichler