Komplexe Evolution von Resistenzen in Räumlich Strukturierten Populationen

• Antragsteller: Dr. Jona Kayser
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316081223

Für viele natürlich vorkommende Populationen, wie etwa mikrobielle Biofilme oder Tumore, wird vermutet, dass ihre räumliche Struktur einen starken Einfluss auf ihre evolutionäre Dynamik und damit auf die Etablierungswahrscheinlichkeit neuer Mutanten hat. Dies ist gerade im Kontext der Anpassung an sich verändernde Umgebungsbedingungen, wie etwa einer Behandlung mit Antibiotika oder einer Chemotherapie, von besonderer Wichtigkeit. Hier kann die Entstehung von resistenten Klonen zum Therapieversagen führen. Trotz ihrer potentiellen Bedeutung bleibt die Rolle räumlicher Effekte auf evolutionäre Prozesse nur unzureichend charakterisiert. In meinem Forschungsvorhaben werde ich daher die evolutionäre Dynamik in räumlich strukturierten Populationen quantitativ untersuchen. Zu diesem Zweck werde ich eine Reihe neuer Modellsysteme - basierend auf Hefestämmen die gezielt zwischen mehreren aufeinanderfolgenden Fitnesszuständen wechseln können - entwickeln. Diese künstlichen Mutationen werden durch Rekombinasen ausgelöst und sind zusätzlich an eine Änderung der Fluoreszenzfarbe gekoppelt. Dies ermöglicht eine präzise räumliche und zeitliche Verfolgung jedes einzelnen Klons mittels Mikroskopie. Darüber hinaus wird die Verwendung von CRISPR/Cas9-Technologie mir erlauben, die Zahl der Mutation und damit die Komplexität der untersuchten Szenarien deutlich zu erhöhen. Mit Hilfe dieser Experimente werde ich die evolutionären Mechanismen der Entstehung resistenter Klone in räumlich strukturierten Populationen untersuchen und sie mit denen in gut durchmischten Zellkulturen vergleichen. Konkret werde ich ergründen wie das Zusammenspiel von Mutationsrate, relativer Fitness und räumlichen Effekten zu komplexen evolutionären Trajektorien in klinisch relevanten Szenarien, wie die Überwindung von Fitness-Tälern, führt.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Oskar Hallatschek