NW/2: Die Rolle von zyklischem di-GMP in der Regulation der multizellulären Differenzierung der Antibiotika synthetisierenden Bakterien Streptomyces

Streptomyces gehören zu den wichtigsten und ergiebigsten Produzenten von Antibiotika sowie von anderen klinisch relevanten Naturstoffen. Die Synthese dieser Sekundärmetabolite ist zeitlich und genetisch an einen komplexen Lebenszyklus der Bakterien gekoppelt. Dieser beinhaltet Wachstum eines vegetativen Myzels, bestehend aus sich verzweigenden Hyphen, und Verbreitung mittels Sporen, die an sogenannten Lufthyphen ausgebildet werden. Kürzlich haben wir demonstriert, dass das ubiquitäre bakterielle Signalmolekül c-di-GMP, das von GGDEF-Domänen synthetisiert und von EAL- und HD-GYP-Domänen degradiert wird, eine entscheidende Rolle bei der Regulation von Differenzierungsprozessen von Streptomyces einnimmt. Dabei haben wir BldD, den Masterregulator der Streptomyces Differenzierung, als einen neuartigen c-di-GMP Effektor identifiziert. Wir konnten zeigen, dass die Bindung des tetramerem c-di-GMPs an BldD zur Dimerisierung dieses Transkriptionsfaktors führt und in Repression der Sporulationsgene in der vegetativen Wachstumsphase resultiert. Dennoch ist bislang nur wenig über die Komponenten der c-di-GMP-abhängigen Signalwege in Streptomyces bekannt. Das Ziel dieser Projektstudie ist es, systematisch die molekularen Funktionen sowie regulatorische Aspekte aller GGDEF-, EAL- und HD-GYP-Domänen Proteine in Streptomyces venezuelae zu analysieren und zu charakterisieren. Meine vorläufigen Daten zeigen, dass vier der c-di-GMP-metabolisierenden Enzyme Differenzierungsprozesse beeinflussen und unter der Kontrolle von multiplen Regulatoren der Streptomyces Entwicklung stehen, wobei die zugrundeliegenden Mechanismen ungeklärt sind. Des Weiteren haben meine „pull-down“ Experimente, mittels welcher BldD als c-di-GMP Effektorprotein identifiziert wurde, auch zur Anreicherung weiterer potentieller Effektoren geführt. Die Validierung dieser Kandidaten als c-di-GMP bindende Proteine und die Aufklärung ihrer Funktionen ist hier angestrebt. Zusammenfassend ist das Ziel dieses Projektes, die molekularen Wirkungsmechanismen, die Position in regulatorischen Netzwerken und die physiologische Rolle aller Komponenten der c-di-GMP-abhängigen Signalwege in S. venezuelae zu identifizieren und aufzuklären. Diese Studie wird maßgeblich unser Verständnis über die Physiologie der Streptomyces verbessern und beinhaltet Analysen der c-di-GMP-abhängigen Signaltransduktion in einem neuen physiologischen Kontext, der multizelluläre Differenzierung sowie Synthese von Sekundärmetaboliten umfasst. Darüber hinaus können die aus dieser Studie hervorgehenden neuen Erkenntnisse zur verbesserten Nutzung von Streptomyces als Antibiotikaproduzenten beitragen.