Synthetische Entwicklung leitfähiger Biofilmstrukturen in dem y-Proteobakterium Shewanella oneidensis

• Antragsteller: Professor Dr. Johannes Gescher
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 451681210

Das Ziel des hier vorgestellten Projektes ist es, zu untersuchen, welchen Einfluss leitfähige Nanostrukturen auf die anaerobe Biofilmbildung von Shewanella oneidensis auf Elektroden haben. Darauf aufbauen möchten wir zeigen, wie weit man die endogene Fähigkeit des Organismus steigern kann, einen leitfähigen Biofilm auf unlöslichen Elektronenakzeptoren zu bilden. S. oneidensis ist der am besten verstandene Modellorganismus in Bezug auf extrazelluläre Atmungsvorgänge endend auf unlöslichen Elektronenakzeptoren wie Fe(III) oder Elektroden in bioelektrochemischen Systemen. Trotzdem sind die Elektronentransferraten und Stromdichten viel geringer verglichen mit dem anderen Modellorganismus für extrazelluläre Atmungsvorgänge – Geobacter sulfurreducens. Es ist unsere Forschungshypothese, dass dieser Unterschied vor allem darin begründet liegt, dass G. sulfurreducens verschiedene Mechanismen benutzt, um eine konduktive extrazelluläre Matrix auszubilden. Diese Fähigkeit ist bei S. oneidensis nicht oder zumindest viel weniger stark ausgebildet. Daher möchten wir untersuchen inwieweit die Biofilmbildung auf Anodenoberfächen durch die Integration konduktiver Nanostrukturen gesteuert werden kann und wie die Zellen auf diese Strukturen reagieren. Dazu werden wir eine vor kurzem etablierte mikrofluidische Plattform benutzen, die wir modular weiterentwickelt haben, um auch Anodenbiofilme zu untersuchen. Wir möchten dabei zeigen, welche Stromdichten maximal erreichbar sind und damit den Zielwert für ein zweites Arbeitspaket generieren. Hier wollen in S. oneidensis synthetisch endogene leitfähige Strukturen produzieren, die wir gezielt in die extrazelluläre polymere Matrix lokalisieren wollen. Dazu möchten wir die kürzlich vorgestellte SpyTag/Spy/Catcher Technologie benutzen, mit der es möglich ist, posttranslational Isopeptidbindungen zwischen zwei Proteinen zu etablieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen