Rekonstruktion der koordinierten Selbstorganisation einer bakteriellen Nanomaschine

Das Leben hat diverse Proteinmaschinen entwickelt, und Bakterien liefern viele faszinierende Beispiele. Obwohl sie einzellige
Organismen relativ kleiner Größe sind, produzieren Bakterien ausgeklügelte Nanomaschinen mit einem hohen Grad an Selbstorganisation. Das Motilitätsorganell der Bakterien, das Flagellum, ist ein Paradebeispiel für komplexe bakterielle Nanomaschinen. Flagellen sind die bei weitem prominentesten, extrazellulären Strukturen, die in Bakterien bekannt sind und durch Selbstorganisation von mehreren Dutzend verschiedenen Proteinen hergestellt werden, und stellen daher ein ideales Modellsystem zur Untersuchung der subzellulären Kompartimentierung und Selbstorganisation dar. Das Flagellum kann nur dann als makromolekulare Motilitätsmaschine funktionieren, wenn sich seine vielen Bausteine in koordinierter Weise zusammensetzen.

Bisherige Studien haben sich jedoch auf phänotypische und genetische Analysen oder die Charakterisierung isolierter Subkomponenten konzentriert. Die entscheidende Frage ist, wie Bakterien die vielen verschiedenen zellulären Prozesse in Zeit und Raum organisieren, um ein funktionsfähiges Motilitätsorganell zu konstruieren. Das vorliegende, umfassende Forschungsprogramm hat das Ziel, ein umfassendes Verständnis der zugrundeliegenden Prinzipien zu erlangen, die es den Bakterien erlauben, die gleichzeitigen Selbstorganisationsprozesse von mehreren Nanomaschinen innerhalb einer einzigen Zelle zu kontrollieren und zu koordinieren.

Um dieses Ziel zu erreichen, werden wir erstmalig die Visualisierung der dynamischen Selbstorganisation einzelner Flagellen mit quantitativen Einzelzell-Genexpressionsanalysen, dem Re-Engineering des genetischen Netzwerks und der biophysikalischen Modellierung kombinieren, um ein biophysikalisches Modell der Flagellenselbstorganisation zu entwickeln. Dieser neuartige, integrative Ansatz wird es uns ermöglichen, über die klassische, beschreibende Charakterisierung von Proteinkomplexen hinaus zu einem ingenieurmäßigen Verständnis des außerordentlich robusten und koordinierten Zusammenbaus einer molekularen Maschine mit mehreren Komponenten zu gelangen.

Projektleitung
Erhardt, Marc Prof. Dr. (Details) (Bakterienphysiologie)

Mittelgeber
European Research Council (ERC) - Consolidator Grant

Laufzeit
Projektstart: 10/2020
Projektende: 09/2025

Zuletzt aktualisiert 2020-26-10 um 12:54