Funktion des Small basic protein (Sbp) beim Aufbau der Biofilm-Matrix von Staphylococcus epidermidis: molekulare Mechanismen und räumlich-zeitliche Strukturierung

• Prof Dr Holger Rohde Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Institut für Medizinische Mikrobiologie Virologie und Hygiene.

Der Aufbau mehrschichtiger bakterieller Biofilm-Architekturen ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie spezifische Fähigkeiten einer einzelnen Bakterienzelle in einen Zellverband und dessen übergeordnete Eigenschaften integriert werden. Diese Populationseigenschaften wiederum bieten der einzelnen Zellen die Möglichkeit, um in wechselnden, potenziell harschen Umgebungen zu überleben. Ein zentrales Kennzeichen der bakteriellen Biofilmbildung ist die Produktion einer extrazellulären Matrix, und tatsächlich sind die Bildung der Biofilmmatrix herausragendes Beispiel für aus bakteriellen Multizellularität resultierenden Funktionalität. Die Biofilm-Matrix besteht aus einer Vielzahl verschiedener Biomoleküle, die als im Begriff des "Matrixom" zusammengefasst werden. Kürzlich haben wir das 18 kDa Small basic protein (Sbp) aus der Biofilm-Matrix von S. epidermidis identifiziert. Sbp reichert sich an der Grenzfläche zwischen Biofilm und Substrat sowie im interzellulären Raum an und unterstützt damit funktionell die Biofilmbildung. Darüber hinaus weist eine sbp-Knock-Mutante auffällige Defekte in der stationären Wachstumsphase und eine erhöhte Anfälligkeit gegenüber Glykopeptiden auf. Diese Phänotypen lassen sich mit den in der Transkriptomanalyse identifizierten Expressionsmustern einer stringent response in Einklang bringen. Die vorliegenden Erkenntnisse stützen die Hypothese, dass der Aufbau der Sbp-Matrix in zeitlich und räumlich aufeinander abgestimmten Abläufen erfolgt und eine Umgebung schafft, die die bakterielle Physiologie grundlegend beeinflusst. Wir werden hochauflösende Bildgebung in Kombination mit biochemischen Ansätzen und Einzelzelltechniken einsetzen, um die Prinzipien des Sbp-Biofilm-Matrixaufbaus zu entschlüsseln, die beteiligten Interaktionsnetzwerke zu identifizieren und zu charakterisieren und Einblicke in die Bedeutung der Sbp-Biofilmmatrix für die Staphylokokkenphysiologie zu gewinnen. Im übergeordneten Kontext wird das Projekt molekulare Einblicke in die generellen Prinzipien bakterieller Multizellularität gewähren, und zum Verständnis der Wechselwirkung von Biofilmmatrix mit der bakteriellen Physiologie auf Populations- und Einzelzellebene beitragen.

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