Mechanotransduktion in Bakterien: wie mechanische Kräfte die Virulenz in Pseudomonas aeruginosa auslöst

• Antragsteller: Dr. Matthias Koch
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 286019674

Pseudomonas aeruginosa (PA) ist ein bakterielles Pathogen welches eine Vielzahl tierischer Wirte infiziert, inklusive dem Menschen. PA ist ein ernst zu nehmendes öffentliches Gesundheitsproblem und ist einer der Hauptverursacher für Krankenhausinfektionen, Infektionen von Brandwunden und Mukoviszidose. Die Resistenz von PA gegen gängige Antibiotika unterstreicht die Wichtigkeit die Auslöser und Mechanismen hinter der Virulenz von PA zu verstehen. Traditionell bezogen sich Studien hierbei auf chemische Einflüsse wie Nähr- oder Botenstoffe. Darüber hinaus wurde erst kürzlich gezeigt, dass die Virulenz auch durch mechanische Einflüsse der Umgebung ausgelöst werden kann und das die Fähigkeit auf mechanische Kräfte zu reagieren der Möglichkeit ein breites Spektrum an Wirten zu befallen zu Grunde liegen könnte. Die Expression von Virulenz-Faktoren wird dabei durch Retraktion von dünnen, kranartigen Fortsätzen genannt Pili über das dem Chemotaxis-System bakterieller Flagellen ähnelndem Chp System ausgelöst. Bisher ist nicht bekannt wie die mechanischen Kräfte der Retraktion an dieses System weitergeleitet werden. Diese Lücke möchte ich mit dem vorliegenden Antrag schließen und die physikalischen Mechanismen hinter diesem Mechanotransduktions-Signalweg, d.h. wie PA mechanische Kräfte misst und in eine Änderung der Genexpression wandelt, herausfinden.Im ersten Schritt werde ich hierzu einen bereits bestehenden, kombinierten experimentellen Aufbau aus einer optischen Falle und einem Fluoreszenz-Mikroskop hinsichtlich verschiedener Positions- und Kraft-Regelungs Methoden erweitern. Im zweiten Schritt werde ich kontrollierte optische Kräfte auf einzelne Pili über bis zu eine Stunde ausüben und Virulenzfaktoren als Funktion der Pilus-Retraktionskraft mit Hilfe von Fluoreszenz als Indikator messen. In einem dritten Schritt werde ich PA Mutanten benutzen um herauszufinden, ob die Motor getriebene Retraktion oder Spannung im Pilus selbst Virulenz über das Chp System auslöst.Die Erkenntnisse die durch diese Studie zu erwarten sind werden unser Verständnis von PA als opportunistischen Krankheitserreger und die Mechanismen wie PA feste Oberflächen erkennt erheblich vorantrieben.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Zemer Gitai, Ph.D.; Professor Joshua Shaevitz, Ph.D.