Initiation des Plasmid-transfers

Konjugation ist für Bakterien der Hauptweg zum Austausch genetischer Information. Die Gene für den Konjugativen DNA Transfer liegen auf Plasmiden. Durch die horizontale Ausbreitung der Plasmide können Antibiotikaresistenzgene in pathogene Bakterien gelangen und so zu einem bedeutenden medizinischen Problem werden. Bakterien, die über den Weg der Konjugation genetisches Material austauschen müssen einen sehr engen Zell-Zell Kontakt aufbauen. Für den Start des DNA-Transfers ist der Aufbau eines speziellen Nukleo-Protein Komplexes im Bereich des Ursprungs des DNA Transfers (oriT) notwendig. Weder die molekularen Vorgänge, die zu einem Zell- Zell Kontakt führen, noch die Signale, die zum Start des Konjugativen DNA Transfers führen sind bekannt. Diese sollen in dem vorgelegten Projekt am Beispiel des IncF Plasmides R1 und des IncW Plasmides R388 untersucht werden. Resultate aus dem Forschungsarbeiten sollen zu einem besseren Verständnis der molekularen Mechanismen des horizontalen DNA Transfers führen. Darüber hinaus könnten die gewonnenen Erkenntnisse auch zu neuen Ansätzen zur Unterbindung der Ausbreitung von Antibiotikaresistenzgenen führen.

Das Projekt P13277-B12 hat wichtige neue Erkenntnisse zu Verständnis der Funktion und der Regulationsmechanismen makromolekularer Transportsysteme Gram-negativer Bakterien erbracht. Der Schwerpunkt unserer Arbeit befasste sich mit: A) Der Regulation von Genen, die für die Ausbildung komplexer Zellmembran überspannender Protein-Strukturen verantwortlich sind und damit den Transport von Proteinen und DNA-Molekülen ermöglichen. B) Die Ausbildung von Filamenten an der Zelloberfläche, die für den Kontakt zwischen Bakterienzellen bzw. zwischen Bakterienzellen und Umgebungsoberflächen verantwortlich sind. C) Dem Initiationsmechanismus, der Moleküle für den zellulären Export vorbereitet. Bakterien brauchen solche Sekretionssysteme um Biomoleküle auch auf andere Organismen wie z.B. Bakterien, Pflanzen oder Tiere zu übertragen. Die Aufnahme der übertragenen Substanzen in den Zielzellen ist oft direkt mit der Erkrankung der Empfänger-Organismen verknüpft. Ein in diesem Zusammenhang besonders wichtiges Transportsystem ist das so genannte Typ IV Sekretionssystem, das für den spezifischen Transfer von DNA Molekülen verantwortlich ist. Im Rahmen des abgeschlossenen Projektes wurde die Rolle von Typ IV Sekretions-systemen bei der bakteriellen Virulenz sowie bei Zell-Zell Übertragungsprozessen allgemein (bakterielle Konjugation) untersucht. Biochemische und genetische Methoden erbrachten wichtige Ergebnisse zum initialen Zell-Zell Kontakt zwischen Bakterien, der enzymatischen Modifikation von DNA Molekülen als Vorbereitung zum Transfer, und den Erkennungs- Mechanismen der zu transportierenden Moleküle durch das Transportsystem. Zusätzlich konnten wir die wichtige Entdeckung machen, dass Konjugationssysteme bei der Entstehung bakterieller Biofilme eine essentielle Rolle spielen. Unter Biofilmen versteht man Oberflächen-assoziierte Bakterien-Populationen, die sich zu strukturierten Zellgemein-schaften entwickeln und nach außen durch Ausbildung hydratisierter Matrixpolymere einkapseln. Bakterien in Biofilmen sind damit einer medikamentösen Strategie nur schwer zugänglich. Ein wichtiger Teil unserer Forschungsarbeiten beschäftigte sich mit dem Einfluss von Plasmiden und Konjugationssystemen auf die Entwicklung von Biofilmen. Darüber hinaus wurden auch neue Typ IV Sekretionssysteme wichtiger pathogener Bakterien (Campylobacter) entdeckt und untersucht. Unsere Erkenntnisse zum Verständnis wie bakterielle Sekretionssysteme pathogen wirken wird durch die Suche nach neuen Inhibitoren komplettiert, die Sekretionsprozesse unterbinden können und somit in Zukunft wichtig für die Intervention bei bakteriellen Erkrankungen sein könnten.