Kontrollierte Synergie: Peptidgesteuer­te Zell-Zell-Kommunikation von Hefen und Bakterien in (bio)technologischen Prozessen (KoSyn)

ESF-Nachwuchsforschergruppe (Kooperationsprojekt)

Teilprojekt Institut für Wasserchemie:

Entwicklung einer Methode zur Analyse von Signalpeptiden und der abzubauenden Antibiotika mit geringer Konzentration und in komplexen Matrices

Projektleiter: Prof. Dr. S. Stolte                                                                                         Bearbeiter: Dipl.-Ing. C. Pohl, M.Sc. L. Schuster, Dr. S. Beil, Dr. H. Börnick              Finanzierung: ESF (FKZ: 100382167)                                                                                         Laufzeit: 03.2020-12.2022

Ziel des ESF-Projekts (KoSyn) ist die Entwicklung eines Demonstrators für die Detektion und den Abbau von Antibiotika auf Grundlage eines zellbasierten Sensor-Aktor-Systems. Dafür wird erstmalig eine Zell-Zell-Kommunikation zwischen zwei phylogenetisch sehr verschiedenen Mikroorganismen (Hefen und Bakterien) initiiert, um Antibiotika-abbauende Enzyme zu produzieren und abzusondern. Bakterien (B. subtilis) reagieren dabei als Sensor-System, erkennen Antibiotika und erzeugen spezifische Signalpeptide. Diese wiederrum aktivieren bei der Hefe (S. cerevisiae, S. pombe) die Ausschüttung von Enzymen, welche die Antiobiotika spalten und somit unwirksam machen.

Innerhalb der gegründeten NFG, bestehend aus jungen WissenschaftlerInnen der Fachrichtungen Genetik, Mikrobiologie, Bioverfahrenstechnik und Wasserchemie, werden genetisch veränderte Organismen generiert, deren Wachstum in Kokultur optimiert und die Wechselwirkungen analysiert. Die Hauptaufgabe des Instituts für Wasserchemie besteht in der qualitativen und quantitativen Erfassung der ausgeschütteten Signalstoffe und Zielanalyten (Signalpeptide, Antibiotika, Transformationsprodukte) sowie deren Effektivität, wobei folgende Teilaspekte bestehen:

• qualitative und quantitative Erfassung der gewünschten Signalpeptide (alpha- und P-Faktor der Hefen, Bakterienpheromone) unter Zuhilfenahme der Tandemmassenspektroskopie (LC-MS/MS)
• Entwicklung einer robusten, reproduzierbaren und sensitiven Analytik für die Messung von geringen Peptidkonzentrationen in komplexen Matrices (Wasser, Reinkultur, Kokultur), Überprüfung der Notwendigkeit von präanalytischen Schritten (SPE/GEC/Ultrafiltration)
• Kontrolle und Vergleich der Reinheit und Struktur von synthetisierten und exprimierten Peptiden (NMR, IR, MS-Scan)
• Untersuchungen zur Peptidstabilität bei variierenden pH-Wert, Temperatur und Matrix, ggf. Anpassung stabilisierender Zusätze
• Entwicklung einer gesamtheitlichen Analytik von der Erfassung der Signalpeptide bis hin zu den abzubauenden Antibiotika (Nachvollziehen der Signalwirkungskette zwischen den Mikroorganismen), Überprüfung der Kommunikation zwischen Bakterien und Hefen und deren Einfluss auf die Umsetzung der Antibiotika (Erfassung der Konzentration-Zeit-Profile)
• Untersuchung des Einflusses der Randbedingungen (pH-Wert, Temperatur, Ionenstärke, Medienbedingungen) auf die Antibiotika-Umsetzung, Charakterisierung von Antibiotika-Transformationsprodukten

Eine kurze Vorstellung des Projekts  finden Sie hier: