1. RNA-Thermometer
(SPP 1258: Sensorische und regulatorische RNAs in Prokaryoten)
Um die Expression von Hitzeschock-, Kälteschock- und Virulenzgenen an die äussere Temperatur anpassen zu können, haben Bakterien diverse Mechanismen zur Temperaturmessung entwickelt. Wir beschäftigen uns mit regulatorischen RNAs am 5’-Ende von bakteriellen mRNAs, deren Struktur von der Temperatur reguliert wird. Bei niedrigen Temperaturen wird die Ribosomenbindestelle durch eine Sekundärstruktur blockiert. Bei erhöhten Temperaturen schmelzen die Basenpaare auf und Translation wird ermöglicht. Wir untersuchen die Struktur und Funktion von RNA-Thermometern aus verschiedenen Bakterien.
2. Regulierte Proteolyse
(SFB642: GTP- und ATP-abhängige Membranprozesse)
Die FtsH-Protease aus E. coli kontrolliert wichtige zelluläre Prozesse, wie die Hitzeschockantwort und die Lipopolysaccharid (LPS)-Biosynthese durch kontrollierten Abbau der beteiligten Faktoren. Die Hitzeschockantwort wird durch den alternativen Sigmafaktor RpoH (Sigma32) reguliert. Bei niedrigen Temperaturen wird der Sigmafaktor mit Hilfe des DnaKJ-Chaperonsystems durch FtsH abgebaut. Die LPS-Biosynthese wird durch den Abbau des Schlüsselenzyms LpxC kontrolliert. Wir interessieren uns für die Frage, wie FtsH seine Substrate erkennt und identifizieren die beteiligten Regionen in RpoH und LpxC mit Hilfe von genetischen und biochemischen Ansätzen.
3. Bakterien-Pflanzen-Interaktion
(SFB 480: Molekulare Biologie komplexer Leistungen von botanischen Systemen)
Phosphatidylcholin (PC) ist das hauptsächliche Membranlipid in eukaryontischen Zellen. Erst seit wenigen Jahren ist bekannt, dass auch viele Bakterien PC synthetisieren können. Die Gegenwart von PC in den Membranen von Bradyrhizobium japonicum, dem Stickstoff-fixierenden Wurzelsymbionten der Sojabohne, ist für eine effiziente Interaktion mit der Wirtspflanze unerlässlich. Ein Ziel des Teilprojektes ist es, die molekularen Hintergründe dieses Zusammenhanges aufzuklären. Dazu werden die aufgrund der Genomsequenz postulierten PC-Biosynthesewege in B. japonicum genetisch und biochemisch charakterisiert. Um zu klären, ob PC auch bei pathogenen Bakterien-Pflanzen-Interaktionen eine Rolle spielt, werden die aufgrund der Genomsequenz vorhergesagten PC-Synthesewege in Agrobacterium tumefaciens sowie deren Bedeutung für die Infektion von Wirtspflanzen untersucht.
4. Metall-abhängige Genregulation in Bakterien
Metalle sind zum einen essentiell für die Aktivität vieler Enzyme, wirken zum anderen aber in ungebundener Form toxisch. Aus diesem Grund erhalten Bakterien das physiologische Gleichgewicht (Homeostase) durch verschiedene Mechanismen. Diese umfassen spezifische Aufnahme bei niedrigen Konzentrationen sowie gezielten Export und/oder Detoxifikation bei hohen Konzentrationen.
In unserer Arbeitsgruppe wird seit langem die Metall-abhängige Genregulation in dem photosynthetischen Modell-Bakterium Rhodobacter capsulatus untersucht. Insbesondere interessieren wir uns für die Regulation durch Molybdän und Kupfer, die sich hinsichtlich ihrer Toxizität stark unterscheiden. Während Molybdän erst bei millimolaren Konzentrationen toxisch wirkt, sind bereits mikromolare Mengen an Kupfer letal.