Einfluss von Außenmembran-Vesikel assoziierten Bakteriophagen auf Infektion und Abwehrmechanismus Gram-negativer Wirte

• Antragstellerinnen: Professorin Dr. Stefanie Barbirz; Dr. Nina Bröker
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Virologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 548605513

Gram-negative Bakterien besitzen eine Außenmembran, die die Zelle effektiv gegen äußere Einflüsse schützt. Sie ist zugleich die initiale Kontaktfläche bei der Infektion durch Bakteriophagen (Phagen), die Viren der Bakterien. Bakterien verändern die Zusammensetzung ihrer Außenmembran dynamisch durch das Abstoßen kleiner, kugelförmiger Membranvesikel (OMV) von 40-400 nm Durchmesser. OMVs sind relevant für die Pathogenese und übertragen u.a. Toxine und Antibiotika-Resistenzen in eukaryotische und prokaryotische Zellen oder transferieren Gene zwischen Bakterien. In Konkurrenz zur bakteriellen Außenmembran binden auch OMV Bakteriophagen und können somit effektiv die Zahl infizierender Viruspartikel im Umfeld einer Bakterie reduzieren. Trotz ihrer hohen Relevanz für die mikrobielle Kommunikation ist bisher wenig untersucht, wie Bakteriophagen über OMV mit Wirtszellen interagieren. In unserem Projekt charakterisieren wir die Wechselwirkungen von Bakteriophagen mit OMV aus Salmonella Typhimurium. Ziel unserer Arbeiten ist es, die Mechanismen zu beschreiben, mit denen OMVs Phagen inaktivieren. Mit Fluoreszenzspektroskopie konnten wir zeigen, dass der Modellphage P22 seine DNA in OMV injiziert. Es ist jedoch bisher nicht untersucht, ob OMV dieses extern akquirierte, phagen-assoziierte genetische Material wieder in Bakterien transportieren können. Wir verwenden sowohl Modellmembranen in vitro als auch intakte Salmonellen, um hier mit Fluoresezenzmikroskopie die Fusion der OMV zu beobachten, die für eine Genübertragung notwendig ist. Bakterien reagieren auf Bakteriophagenkontakt mit verstärkter Vesikelbildung. Wir wollen Art und Menge dieser Phagen-induzierten OMV für verschiedene Kulturbedingungen und Salmonella Stämme analysieren, dabei wollen wir mit Fluoreszenz-Korrelationsspektroskopie die schnelle OMV-Quantifizierung in komplexen Partikel-Gemischen etablieren, z.B. in Kulturüberständen. Unsere Arbeiten leisten einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der Virus-Wirtsinteraktion in bakteriellen Systemen in Gegenwart der ubiquitär vorkommenden, extrazellulären Vesikel. Als Nanopartikel werden diese insbesondere auch von eukaryotischen Zellen internalisiert. Dies unterstreicht die hohe Bedeutung von Bakteriophagen bei der Regulation von Vesikeln an der Schnittstelle von Mikrobiomen und höheren Organismen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2330: Neue Konzepte der Virus-Wirt Interaktion in Prokaryoten – von Einzelzellen zu mikrobiellen Gemeinschaften
• Mitverantwortliche: Dr. Stephan Block; Professor Dr. Salvatore Chiantia