Descrizione del progetto
Le misurazioni della forza nanoscopica rivelano il modo in cui i batteri «flettono i loro muscoli»
Oltre alle vie di segnalazione elettrica e chimica, gli organismi e le cellule utilizzano input e output meccanici per svolgere le loro funzioni essenziali. In risposta ai segnali chemo-meccanici, i batteri generano forze di trazione che sono fondamentali per la loro capacità di colonizzare le superfici, creare biofilm e invadere le cellule ospiti. Tuttavia, i percorsi per la trasduzione di input in output e persino gli input e gli output stessi sono poco conosciuti, per lo più a causa della difficoltà di misurare queste minuscole forze nei batteri in libero movimento. Il progetto BacForce, finanziato dall’UE, sta sviluppando metodi pionieristici per osservare tali forze. Tecniche sperimentali combinate con simulazioni al computer permetteranno agli scienziati di manipolare e caratterizzare la generazione di forza di trazione batterica con importanti intuizioni per la formazione di biofilm e l’applicazione ad ampio raggio alla generazione di forza nanoscopica nelle cellule.
Obiettivo
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.
Campo scientifico
Programma(i)
Argomento(i)
Meccanismo di finanziamento
ERC-STG - Starting GrantIstituzione ospitante
80539 MUNCHEN
Germania