Projektbeschreibung
Nanoskopische Kraftmessungen zeigen Bakterien, die „ihre Muskeln spielen lassen“
Zusätzlich zu elektrischen und chemischen Signalen greifen Organismen und Zellen auf mechanische ein- und ausgehende Reize zurück, um ihre wesentlichen Funktionen zu erfüllen. In Reaktion auf chemisch-mechanische Signale erzeugen Bakterien Zugkräfte, die von entscheidender Bedeutung für ihre Fähigkeit sind, Oberflächen zu besiedeln, Biofilme zu bilden und in Wirtszellen einzudringen. Über jene Signalwege, die Eingangs- in Ausgangsreize umwandeln, und sogar die tatsächlichen Ein- und Ausgänge selbst ist jedoch nur wenig bekannt, was zum größten Teil darauf zurückzuführen ist, dass die Messung dieser winzigen Kräfte in frei beweglichen Bakterien schwierig ist. Das EU-finanzierte Projekt BacForce entwickelt bahnbrechende Methoden, damit diese Kräfte beobachtet werden können. Experimentelle Verfahren in Kombination mit Computersimulationen werden es dem Forschungsteam ermöglichen, die Erzeugung von Zugkräften in Bakterien zu manipulieren und zu charakterisieren. Wichtige Erkenntnisse über die Biofilmbildung und die weitreichende Anwendung auf die nanoskopische Krafterzeugung in Zellen sind zu erwarten.
Ziel
Bacteria can generate mechanical forces that are important for the colonization of surfaces, formation of biofilms, and infection of host cells. This proposal addresses the fundamental question of how bacteria can control their force generation to robustly respond to chemo-mechanical cues on complex surfaces. Currently, a knowledge gap exists between the molecular regulation pathways on the one hand and the mechanical behavior on the other hand. One major impediment for understanding of how behavior is connected to control is, to date, the impossibility of studying bacterial force directly in unconstrained situations. Based on an initial study, I propose employing new methods for the unperturbed, high-resolution measurement of bacterial traction forces on wide spatiotemporal scales. Thus, the force-generation linking behavior to control can be investigated directly.
The objectives are to (A) gain access to nanoscopic mechanical phenomena through the development of cutting-edge super-resolution traction force microscopy, (B) employ the methods to characterize how Pseudomonas aeruginosa controls pilus-generated forces while responding to chemical cues, and (C) establish how surface rigidity affects force generation by P. aeruginosa during biofilm formation. In an interdisciplinary approach, I will combine traction measurements with genetic perturbations, molecule labeling, and computer simulations to produce functional models of the mechanocontrol strategies.
Altogether, I will establish a novel technique, opening up the possibility of studying nanoscopic force generation in many types of cells. Through these advances, I will characterize a set of mechanoregulation strategies in P. aeruginosa that are paradigmatic for diverse Gram-negative pathogens employing the same type of pili. Broadly, I expect that the studied bacterial control strategies have a generic, minimal nature and can appear as basic motives throughout development, homeostasis, and disease.
Wissenschaftliches Gebiet
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-STG - Starting GrantGastgebende Einrichtung
80539 MUNCHEN
Deutschland