Die Bedeutung eines Histidinkinase/Antwortregulator-Systems der LytS/LytTR-Familie in der stationären Phase von Escherichia coli

• Antragstellerin: Professorin Dr. Kirsten Jung
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 432402323

Histidinkinase-/Antwortregulator-Systeme vom Typ LytS/LytTR sind in Gram-positiven und Gram-negativen Bakterien weit verbreitet. Diese Systeme spielen eine wichtige Rolle bei der Infektion menschlicher und tierischer Wirte, da sie eine vorzeitige Zelllyse verhindern und das Überleben während einer Antibiotikabehandlung verlängern. Trotz ihrer biologischen Bedeutung ist kaum etwas über die Liganden, die von den Membran-integrierten LytS-Histidinkinasen wahrgenommen werden, oder über die Funktion der Zielgene bekannt. Escherichia coli besitzt zwei LytS/LytTR-Systeme, das BtsS/BtsR-System und das YpdA/YpdB-System. Wir haben die Funktion dieser beiden Systeme charakterisiert und als erste beschrieben, dass BtsS ein hochaffiner Sensor für extrazelluläres Pyruvat in Escherichia, Salmonella und Vibrio ist, der zusammen mit dem Antwortregulator BtsR die Expression eines Gens reguliert, das für einen hochspezifischen Pyruvattransporter kodiert. Das zweite System, das YpdA/YpdB-System, reagiert ebenfalls auf extrazelluläres Pyruvat, wenn auch mit sehr geringer Affinität. Im Laufe der Arbeiten haben wir durch Zufall eine starke Aktivierung des YpdA/YpdB-Systems in der späten Stationärphase von E. coli gefunden, an einem Punkt, den wir jetzt als Wendepunkt definieren, an dem die Zellen entscheiden, ob sie ihren Stoffwechsel herunterregulieren und zu persistenten oder lebensfähigen, aber nicht kultivierbaren Zellen (VBNC) werden oder absterben und lysieren. Basierend auf den Vorarbeiten zu diesem Projekt postulieren wir, dass die LytS-Histidinkinase YdpA ein Sensor für Glyoxylat oder Oxalacetat ist, die zusammen mit YpdB die Expression von yhjX aktiviert, einem Gen, das für einen vermutlichen Oxalacetat/Malat-Antiporter kodiert. Unter Bedingungen eines niedrigen pH-Wertes könnte dieser Antiport ein elektrisches Potential erzeugen. Um diese Hypothesen zu testen, wollen wir systematisch (1) die Dynamik des Exometaboloms, des Transkriptoms und die Aktivität ausgewählter Enzyme zu verschiedenen Zeitpunkten in der stationären Phase von E. coli, (2) die Ligand-YpdA-Interaktion, (3) die Funktion des Transporters YhjX, und (4) die Bedeutung von YpdA/YpdB und YhjX für ein verlängertes Überleben auf Einzelzellebene untersuchen. Mit diesen Studien zu einem sensorischen System und einem Transporter, die nur in der späten Stationärphase der Bakterien wichtig sind, erhoffen wir neue Ansatzpunkte für die Behandlung chronischer und rezidivierender Infektionen aufzudecken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen