Schlüsselmechanismen der molekularen Signaltransduktion durch den sekundären Botenstoff c-di-GMP bei der bakteriellen Biofilmbildung

Bakterielle Biofilme besiedeln diverse Oberflächen und sind hochresistent gegen Antibiotika oder unser Immunsystem. Biofilm-Zellen umgeben sich mit einer selbst produzierten Matrix von sekretierten Proteinen, amyloiden Fasern (z.B. Curli-Fasern), Exopolysacchariden (z.B. Cellulose) und exo-DNA, die die komplexe Mikro-Architektur und Morphologie der Biofilme bestimmen. In E. coli wird die Synthese von Curli-Fasern und Cellulose durch den Stationärphasen-Sigmafaktor RpoS und den sekundären Botenstoff c-di-GMP kontrolliert. Letzterer wird von Diguanylatzyklasen (DGC, mit GGDEF-Domänen) synthetisiert und von spezifischen Phosphodiesterasen (PDE, mit EAL-Domänen) abgebaut. Viele dieser DGCs und PDEs sind über N-terminale sensorische Domänen membranassoziiert und aktivitätskontrolliert. Viele Bakterien besitzen multiple GGDEF/EAL-Domänenproteine (29 in E. coli K-12), was zum Konzept 'lokal' wirkender c-di-GMP-Kontrollmodule, basierend auf direkten hoch-spezifischen Protein-Protein-Kontakten, geführt hat. Das Paradigma hierfür ist YciR, ein 'Trigger-Enzym', dessen direkte spezifische Inhibition der DGC YdaM und des Transcriptionsfaktors MlrA durch seine Bindung und Spaltung von c-di-GMP aufgehoben wird - YciR ist also direkter Antagonist zweier anderer regulatorischer Proteine, c-di-GMP-Sensor und PDE zugleich. Das Projekt fokussiert auf molekulare Mechanismen, welchen zwei Schlüsselaspekte der Signaltransduktion durch c-di-GMP zugrunde liegen: (i) Identifizierung und molekulare Funktion von PDEs, die als Triggerenzyme wirken, sowie (ii) molekulare Mechanismen der sensorischen Eingangskontrolle in der Signaltransduktion durch c-di-GMP über die N-terminalen sensorische Domänen ausgesuchter DGCs und PDEs. Schließlich soll geklärt werden, wie diese molekularen Mechanismen in das gesamte regulatorische Netzwerk integriert sind, welches Funktionalität und komplexe Mikroarchitektur von Biofilmen steuert. Da c-di-GMP nahezu ubiquitär die bakterielle Biofilmbildung steuert, sollte dieses Projekt auch neue Perspektiven auf Antibiofilm-Strategien und -wirkstoffe eröffnen.