Reconstructing the Coordinated Self-Assembly of a Bacterial Nanomachine (BacNanoMachine)

Das Leben hat diverse Proteinmaschinen entwickelt, und Bakterien liefern viele faszinierende Beispiele. Obwohl sie einzellige Organismen relativ kleiner Gr??e sind, produzieren Bakterien ausgeklügelte Nanomaschinen mit einem hohen Grad an Selbstorganisation. Das Motilit?tsorganell der Bakterien, das Flagellum, ist ein Paradebeispiel für komplexe bakterielle Nanomaschinen. Flagellen sind die bei weitem prominentesten, extrazellul?ren Strukturen, die in Bakterien bekannt sind und durch Selbstorganisation von mehreren Dutzend verschiedenen Proteinen hergestellt werden, und stellen daher ein ideales Modellsystem zur Untersuchung der subzellul?ren Kompartimentierung und Selbstorganisation dar. Das Flagellum kann nur dann als makromolekulare Motilit?tsmaschine funktionieren, wenn sich seine vielen Bausteine in koordinierter Weise zusammensetzen.
Bisherige Studien haben sich jedoch auf ph?notypische und genetische Analysen oder die Charakterisierung isolierter Subkomponenten konzentriert. Die entscheidende Frage ist, wie Bakterien die vielen verschiedenen zellul?ren Prozesse in Zeit und Raum organisieren, um ein funktionsf?higes Motilit?tsorganell zu konstruieren. Das vorliegende, umfassende Forschungsprogramm hat das Ziel, ein umfassendes Verst?ndnis der zugrundeliegenden Prinzipien zu erlangen, die es den Bakterien erlauben, die gleichzeitigen Selbstorganisationsprozesse von mehreren Nanomaschinen innerhalb einer einzigen Zelle zu kontrollieren und zu koordinieren.
Um dieses Ziel zu erreichen, werden wir erstmalig die Visualisierung der dynamischen Selbstorganisation einzelner Flagellen mit quantitativen Einzelzell-Genexpressionsanalysen, dem Re-Engineering des genetischen Netzwerks und der biophysikalischen Modellierung kombinieren, um ein biophysikalisches Modell der Flagellenselbstorganisation zu entwickeln. Dieser neuartige, integrative Ansatz wird es uns erm?glichen, über die klassische, beschreibende Charakterisierung von Proteinkomplexen hinaus zu einem ingenieurm??igen Verst?ndnis des au?erordentlich robusten und koordinierten Zusammenbaus einer molekularen Maschine mit mehreren Komponenten zu gelangen.