Form-Funktionsbezie­hungen bei der Bildung von Fruchtkörpern in Bacillus subtilis

• Dr. Ilka Bischofs Max-Plank-Institut für Terrestrische Mikrobiologie, BioQuant Universität Heidelberg.
• Prof. Dr. Karl Rohr Universität Heidelberg, BioQuant, IPMB, Biomedical Computer Vision Group.

© SPP2389

Natürliche Isolate des endosporbildenden Modelbakteriums Bacillus subtilis zeigen komplexe multizelluläre Eigenschaften. Ähnlich wie bei Pflanzen kann aus einer Spore eine 3D makroskopische multizelluläre Struktur erwachsen, die ihrerseits viele weitere Sporen produziert – ein Fruchtkörper. Verschiedene Zelltypen sind an der Entwicklung von Fruchtkörpern und ihrer Substrukturen beteiligt.

Dieses Projekt untersucht, wie zelltypspezifische Funktionen die Bildung von Falten im Biofilm unterstützen („Funktion treibt Form“) und wie die Architektur der Makrokolonie die Sporenproduktion beeinflusst („Form treibt Funktion“).

Mit Hilfe von zelltypspezifischen fluoreszierenden Reportern werden wir Prozesse auf der Ebene einer gesamten Makrokolonie und auf der Ebene einzelner Substrukturen bis hinunter zu einzelnen Zellen (Sporen) über die Zeit abbilden. Wir werden computerbasierte Bildanalysemethoden basierend auf Deep Learning entwickeln, um verschiedene Zell-Zustandsänderungen in Raum und Zeit zu identifizieren und daraus resultierende Änderungen in der Populationszusammensetzung quantifizieren. Mit dieser sowie weiteren Untersuchungsmethoden – werden wir verschiedene Hypothesen zur Bildung von Fruchtkörpern testen, indem wir B. subtilis genetisch gezielt verändern.

Dies wird zeigen, ob und wie ein bestimmtes genetisches Element zu emergenten Eigenschaften während der multizellulären Entwicklung beiträgt.

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