Funktion des MksBEFG-Plasmidabwehrsystems in Corynebacterium glutamicum

• Antragsteller: Professor Dr. Marc Bramkamp
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 545418655

Bakterienzellen sind einer ständigen Bedrohung durch die Invasion fremder DNA ausgesetzt, was ein anhaltendes Wettrüsten gegen mobile genetische Elemente wie Phagen, Transposons und Plasmide auslöst. Während in den letzten Jahren eine Vielzahl von Anti-Phagen-Systemen entdeckt wurde, sind Plasmid-Abwehrmechanismen noch wenig erforscht. Kürzlich wurden Homologe des "structural maintenance of chromosome" (SMC) als Teil der Kontrolle der Plasmidkopienzahl entdeckt und als Wadjet-Systeme (JetABCD/MksBEFG/EptABCD) bezeichnet, die in verschiedenen Organismen vorkommen. Wadjet-Komplexe bestehen aus einem MukBEF-ähnlichen SMC-Komplex, der als DNA-Sensor fungiert und wahrscheinlich die Schleifenextrusion der DNA nutzt. Außerdem verfügen sie über eine neuartige Nuklease (JetD/MksG), die für die Plasmid-DNA-Spaltung verantwortlich ist. Wir haben kürzlich das MksBEFG-System in Corynebacterium glutamicum identifiziert und charakterisiert. Strukturdaten zeigten, dass MksG ein Topoisomerase-VI-Homolog ist, das DNA in Abhängigkeit von zweiwertigen Kationen spaltet. Während ähnliche Systeme aus Escherichia coli und Pseudomonas aeruginosa kürzlich strukturell und biochemisch untersucht wurden, liefert die Untersuchung eines endogenen Systems in C. glutamicum einzigartige Einblicke in die zelluläre Regulation. Unsere vorläufigen Arbeiten zeigen die räumliche Lokalisierung des corynebakteriellen Systems durch polare Interaktion mit dem Gerüstprotein DivIVA. Darüber hinaus unterscheidet MksBEFG zwischen verschiedenen endogenen Plasmiden in C. glutamicum, was Fragen zur Zielidentifizierung und Aktivitätsregulierung aufwirft. Daher konzentriert sich die vorgeschlagene Forschung auf zwei Hauptziele: i) Identifizierung molekularer Wechselwirkungen des MksBEFG-Komplexes mit Plasmid-DNA und ii) Untersuchung der Regulation des Mks-Komplexes durch räumliche Organisation und Identifizierung mutmaßlicher akzessorischer Faktoren. Ziel dieses Arbeitsprogramms ist es, entscheidende Einblicke in die Funktionalität des Wadjet/Mks-Plasmidabwehrsystems innerhalb des biotechnologisch wichtigen Bakteriums C. glutamicum zu liefern. Angesichts der Abhängigkeit von Plasmidsystemen für die genetische Manipulation und Expression in C. glutamicum trägt diese Forschung nicht nur zu einem umfassenden Verständnis der DNA-Identifizierung und -Restriktion durch das Wadjet-System bei, sondern hat auch praktische Auswirkungen auf die Stamm- und Plasmidgenerierung in biotechnologischen Anwendungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen