Fachgebiet Mikrobiologie

Molekulare Mechanismen der Biofilmauflösung in Pseudomonas aeruginosa


Biofilme sind mikrobielle Lebensgemeinschaften, die an Oberflächen anhaften und zu vielzelligen Makrokolonien aufwachsen. Die Zellen sind im Biofilm in eine polymere Matrix eingebettet, welche die die Zellen vor den Einflüssen der Umgebung schützt. Deshalb sind Biofilme sehr persistent und damit von hoher Relevanz für Medizin und Industrie. Die Bildung eines Biofilms erfolgt in mehreren Stufen. Am Ende des Biofilm-Lebenszyklus‘ steht die Biofilmauflösung. Dabei löst sich ein Teil der Zellen aus der Biofilmmatrix und geht in den planktonischen Lebensstil über. Das ermöglicht den Zellen die eine Ausbreitung Verbreitung und die Besiedlung neuer Oberflächen. Auf molekularer Ebene korreliert die Biofilmauflösung in verschiedensten Bakterien mit der Änderung der zellulären Konzentration des sekundären Botenstoffs c-di-GMP (bis-(3‘-5‘)-zyklisches di-Guanosinmonophosphat). Durch verschiedene Signale, z.B. Nährstoffmangel, werden c-di-GMP abbauende Phosphodiesterasen stimuliert, was in einer Abnahme des intrazellulären c-di-GMP-Spiegels resultiert. Niedrige c-di-GMP Konzentrationen führen zur Biofilmauflösung.

In diesem Projekt untersuchen wir das Membranprotein NbdA aus Pseudomonas aeruginosa und seine Funktion in der Biofilmauflösung. Das Protein NbdA ist ein Multidomänenprotein mit der Domänenabfolge MHYT-AGDEF-EAL, welches eine nachgewiesene Phosphodiesteraseaktivität besitzt. Basierend auf bioinformatischen Analysen wurde für die membranverankerte MHYT-Domäne eine Sensorfunktion für zweiatomige Gase postuliert.

Das Protein und verschiedene Varianten werden heterolog produziert und biochemisch charakterisiert. Dabei liegt der Fokus auf der enzymatischen Aktivität und der Analyse der Membrandomäne. Zum Verständnis der molekularen Mechanismen der Biofilmauflösung soll mithilfe von Reportergenfusionen untersucht werden, wie die Transkription von nbdA reguliert wird. Phänotypische Untersuchungen und Interaktionsanalysen sollen die Einbindung von NbdA in den komplexen Prozess der Biofilmauflösung klären. Viele Phosphodiesterasen haben eine stark eingegrenzte räumliche Funktion. Für die Analyse der Lokalisierung von NbdA in planktonischen Zellen und im Biofilm wird die konfokale Fluoreszenzmikroskopie eingesetzt.

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