Dr. rer. nat. Natalia Tschowri

Dr. Tschowri erforscht die molekularen Signalwege von zyklischem di-AMP (c-di-AMP), einem bakteriellen Botenstoff in Streptomyces-Bakterien. Sie untersucht, wie dieses Molekül durch spezifische Enzyme synthetisiert und abgebaut wird und wie es über Bindung an Effektorproteine oder RNA-Strukturen (Riboswitches) die Ionenhomöostase und den Ionentransport in Bakterien reguliert. Für die Industrie relevant ist dies für die Entwicklung neuer Antibiotika und die Optimierung von Fermentationsprozessen mit Streptomyces, da diese Organismen wichtige Produzenten von Sekundärmetaboliten und Wirkstoffen sind. Die Erkenntnisse ermöglichen es, bakterielle Signalwege gezielt zu manipulieren und damit Produktivität oder Stressresistenz in biotechnologischen Anwendungen zu verbessern.

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• Hydrolyse und Funktionen von zyklischem di-AMP in Streptomyces

  Quelle ↗

  Der sekundäre bakterielle Botenstoff c-di-AMP wird von Diadenylatzyklasen, die eine konservierte DAC-Domäne aufweisen, synthetisiert und von Phosphodiesterasen (PDEs), die durch DHH-DHHA1- oder HD-Domänen gekennzeichnet sind, hydrolysiert. Dieses Molekül bindet an diverse Effektorproteine oder an den „ydaO-riboswitch“ und kontrolliert auf diese Weise hauptsächlich Ionentransport und Homöostase von Osmolyten in Bakterien. Die intrazellulären Mengen von c-di-AMP müssen präzise justiert werden, da es sowohl essentiell als auch toxisch sein kann.Unsere Modellorganismen, Streptomyceten, sind filamentös-wachsende, multizelluläre, sporulierende Bakterien, die als Naturstoffproduzenten hoch berühmt sind. Sie besitzen ein DAC-Domänen Protein, DisA, welches c-di-AMP produziert. Allerdings war lange unklar, wie diese Bakterien die Mengen des intrazellulären c-di-AMPs kontrollieren, da sie keine der bekannten PDEs vom Typ DHH-DHHA1 bzw. HD besitzen. In der ersten Förderphase des SPP 1879 ist es uns gelungen, das ApdA Protein als eine neuartige c-di-AMP-spezifische PDE in Streptomyceten zu identifizieren. Wir konnten auch aufklären, dass ApdA einen wichtigen Beitrag zum normalen Streptomyces Wachstum leistet und für die Reifung und Pigmentation von Sporen wichtig ist. Zusätzlich gelang uns die Erkenntnis, dass c-di-AMP für Streptomyceten essenziell ist, um Salzstress zu bewältigen. Allerdings bleibt es unklar, welche molekularen Mechanismen in diese c-di-AMP-abhängigen Prozesse involviert sind. Diese werden in den hier beantragten Studien näher untersucht.Im Rahmen dieses Antrages möchten wir zwischen c-di-AMP und ApdA-spezifischen Effekten auf Streptomyces Wachstum und Pigmentation differenzieren und werden dazu einen Stamm generieren und untersuchen, welcher eine inaktive ApdA-Variante exprimiert. Weiterhin werden wir globale RNA-seq Analysen durchführen, um aufzuklären, welche Gene in den c-di-AMP-Synthese bzw. -Hydrolyse Mutanten differenziell exprimiert sind. Um zu verstehen, welche zellulären Signalwege in Streptomyceten durch c-di-AMP kontrolliert sind, werden wir chromosomale DNA von ∆disA Suppressormutanten sequenzieren, welche sekundäre Mutationen zu akkumulieren scheinen, die normales Wachstum der disA Mutante unter Salzstress ermöglichen. Zusätzlich werden wir die globale „Thermal Proteome Profiling“ Methode anwenden, um c-di-AMP-bindende Proteine in Streptomyces zu identifizieren. Schließlich planen wir die Rolle von den osmoprotektorischen Ektoinen in der c-di-AMP-kontrollierten Osmostressresistenz zu untersuchen und zu testen, ob das ApdA-ähnliche Protein VNZ_31290 eine zweite c-di-AMP PDE in Streptomyces darstellt.Insgesamt werden die innerhalb der hier beantragten Studie erzielten Ergebnisse unser Verständnis über die Physiologie und c-di-AMP-abhängigen Signalprozesse in diesen wichtigen Naturstoffproduzenten maßgeblich verbessern und womöglich zur besseren industriellen Nutzung dieser Bakterien beitragen.

• c-di-GMP signalling and the regulation of developmental transitions in streptomycetes

  2015

  Nature Reviews Microbiology · DOI

• The Streptomyces master regulator BldD binds c-di-GMP sequentially to create a functional BldD2-(c-di-GMP)4 complex

  2017

  Nucleic Acids Research · DOI

  Streptomyces are ubiquitous soil bacteria that undergo a complex developmental transition coinciding with their production of antibiotics. This transition is controlled by binding of a novel tetrameric form of the second messenger, 3΄-5΄ cyclic diguanylic acid (c-di-GMP) to the master repressor, BldD. In all domains of life, nucleotide-based second messengers allow a rapid integration of external and internal signals into regulatory pathways that control cellular responses to changing conditions. c-di-GMP can assume alternative oligomeric states to effect different functions, binding to effector proteins as monomers, intercalated dimers or, uniquely in the case of BldD, as a tetramer. However, at physiological concentrations c-di-GMP is a monomer and little is known about how higher oligomeric complexes assemble on effector proteins and if intermediates in assembly pathways have regulatory significance. Here, we show that c-di-GMP binds BldD using an ordered, sequential mechanism and that BldD function necessitates the assembly of the BldD2-(c-di-GMP)4 complex.

• c-di-AMP hydrolysis by the phosphodiesterase AtaC promotes differentiation of multicellular bacteria