Mechanismen und Evolution der Regulation von FtsZ

Die Teilung von Bakterien ist von grundlegender Bedeutung für ihre Vermehrung. Damit sie zuverlässig abläuft, müssen die Zellen an der richtigen Stelle und zum richtigen Zeitpunkt eine Teilungsmaschine aufbauen. Im Mittelpunkt dabei steht das Protein FtsZ. FtsZ bildet dynamische Filamente, die einen Ring formen, der dann die Zelle in zwei Hälften trennt. Obwohl FtsZ in vielen Bakterien vorkommt und schon intensiv untersucht wurde, ist bis heute unklar, wie genau dieser Ring in der Zelle entsteht, wie er stabil bleibt und wie andere Moleküle seine Funktion regeln. Dieses Projekt untersucht, wie Bakterien und ihre Viren (Bakteriophagen) die Bildung des FtsZ- Rings kontrollieren. Dazu werden FtsZ Filamente außerhalb der Zelle in künstlichen Modellsystemen nachgebildet, wodurch man deren Eigenschaften und Organisation direkt beobachten kann, was im Inneren lebender Bakterien kaum möglich ist. Das Projekt verbindet biochemische Methoden und hochauflösende Mikroskopie mit neuen Computermethoden, die nicht nur die Strukturen von Proteinen vorhersagen, sondern auch mögliche Wechselwirkungen vorhersage können. So lassen sich bisher unbekannte FtsZ-regulierende Proteine identifizieren. Das Forschungsteam verfolgt drei Ziele: Bekannte Regulatoren besser verstehen: Wie verändern sie die Dynamik von FtsZ Filamenten? Warum führen manche dazu, dass sich der Teilungsring gar nicht erst bildet? Neue Regulatoren entdecken: Viele Bakterien, aber auch Phagen, besitzen kleine Proteine, deren Funktion unbekannt ist. Einige davon könnten gezielt den Teilungsprozess beeinflussen. Physikalische Hindernisse untersuchen: In der Zelle stoßen FtsZ Filamente auf andere Objekte. Wie beeinflussen solche Hindernisse die Selbstorganisation des Teilungsrings? Das Projekt liefert grundlegende Einsichten zur bakteriellen Zellteilung, gleichzeitig könnten die Ergebnisse langfristig helfen, neue Strategien zur Bekämpfung antibiotikaresistenter Bakterien zu entwickeln, indem man gezielt die Bildung des FtsZ Rings und damit die Vermehrung von Bakterien stört.