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Projekt
Photosynthese-Gene in Phagen-Genomen - Aufklärung ihrer Rolle in der Interaktion zwischen Cyanobakterien und Phagen
Antragstellerin
Professorin Dr. Nicole Frankenberg-Dinkel
Fachliche Zuordnung
Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 464877090
Marine Cyanobakterien der Gattungen Synechococcales und Prochlorococcales sind die am häufigsten vorkommenden photosynthetischen Bakterien in den Ozeanen. Diese Cyanobakterien sind sehr anfällig für Virusinfektionen, wobei bis zu 40 % der bakteriellen Population von Phagen infiziert sind. Im marinen Ökosystem haben Cyanophagen einen signifikanten Einfluss auf Ökologie, Evolution und biogeochemische Prozesse. Sie sind am Nährstoffrecycling, der Kontrolle der Wirtspopulation und der Nischenanpassung beteiligt und dienen als Vehikel für den Gentransfer. Die Infektion eines Bakteriums durch einen Phagen verwandelt die Wirtszelle in eine sog. Virozelle, die ihre normalen zellulären Aktivitäten auf die Produktion viraler Komponenten verlagert. In diesem Zustand kommt es zu erheblichen Veränderungen in verschiedenen Stoffwechselwegen des Wirts. Cyanophagen erweitern darüber hinaus den Stoffwechsel der Virozelle, indem sie zusätzliche Stoffwechselgene (auxiliary metabolic genes, AMGs) einführen, die häufig mit Photosynthese und Lichtsammlung zusammenhängen, um den erforderlichen Stoffwechselbedarf zu ergänzen. In der zweiten Förderperiode soll die Rolle von AMGs in der Phagen-Wirt-Interaktion am Beispiel von ФcpeT untersucht werden. ФcpeT hat Ähnlichkeit mit einer cyanobakteriellen Phycobiliprotein-Lyase, die an der Reifung des lichtsammelnden Phycobilisoms beteiligt ist. Die Funktion von ФCpeT in der Virozelle, seine Interaktion mit Wirtsproteinen und seine Entbehrlichkeit sollen untersucht werden. Insbesondere wird die Virozelle von Synechococcus sp. WH8109 untersucht, die von dem Cyanophagen Syn9 und einem kürzlich generierten rekombinanten ФcpeT-Deletionsphagen infiziert ist. Mittels Proximity-Labelling und anschließender Affinitätsanreicherungs-Massenspektrometrie werden die Proteininteraktionspartner von ФCpeT identifiziert. Die massenspektrometrische Proteomik des Wildtyps und der rekombinanten Virozellen wird einen Einblick in die Proteinzusammensetzung geben, wobei der Schwerpunkt auf den Proteinen liegt, die mit der Lichtsammlung und der Pigmentbiosynthese zusammenhängen. Darüber hinaus wird die Metabolomik dazu beitragen, zu klären, wie der Stoffwechsel der Virozellen während der Infektion umgestaltet wird. Alle Strategien zielen darauf ab, Einblicke in die Rolle von ФCpeT während der Infektion zu gewinnen und zu verstehen, wie es den Stoffwechsel der Virozellen beeinflusst. Darüber hinaus werden physiologische Parameter im Zusammenhang mit der Photosynthese (Lichtsättigungspunkte, O2-Freisetzung, pH-Wert) sowie ökologische Parameter wie die Nährstofffreisetzung (Protein, Glykogen, Phosphate) in Wirts- und Virozellen untersucht. Schließlich wird die Funktion von ФCpeT auf molekularer Ebene untersucht und seine biochemische Funktion mit der Version des Wirts verglichen. Insgesamt wird dieses Projekt zur globalen Wissensbasis über die Rolle von Cyanophagen bei der Regulierung der ozeanischen Photosynthese und des Nährstoffkreislaufs beitragen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
