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Reconstructing the coordinated self-assembly of a bacterial nanomachine

Projektbeschreibung

Erkenntnisse zur Selbstorganisation mehrerer Proteine in funktionelle Nanomaschinen

Bakterien bewegen sich mithilfe von Flagellen bzw. Geißeln fort. Hierbei handelt es sich um propellerähnliche Gliedmaßen, mit denen sie Nährstoffe, andere Lockmittel und bevorzugte Infektionsstellen direkt erreichen können. Die Geißelfäden, die einen Durchmesser von 20 nm haben, werden über einen Antrieb rotiert, der sich in der Zellhülle befindet. Das Flagellum ist eine komplizierte Nanomaschine, in der mehrere Proteine die Ringe bilden, die es in der Membran verankern, als Antrieb fungieren und den Faden an sich bilden. Während sich andere Studien mit der Genetik und Charakterisierung der Teilelemente beschäftigen, möchte das EU-finanzierte Projekt BacNanoMachine Erkenntnisse zur koordinierten zeitlichen und räumlichen Selbstorganisation aller Bausteine in Bakterien liefern. Es wird grundlegende Wissenslücken zu diesen Prozessen schließen und sich möglicherweise auch auf das rationale Design neuer Antibiotika sowie synthetische molekulare Maschinen für zahlreiche Anwendungsbereiche auswirken.

Ziel

Life has evolved diverse protein machines and bacteria provide many fascinating examples. Despite being unicellular organisms of relatively small size, bacteria produce sophisticated nanomachines with a high degree of self-organization. The motility organelle of bacteria, the flagellum, is a prime example of complex bacterial nanomachines. Flagella are by far the most prominent extracellular structures known in bacteria and made through self-assembly of several dozen different kinds of proteins and thus represents an ideal model system to study sub-cellular compartmentalization and self-organization. The flagellum can function as a macromolecular motility machine only if its many building blocks assemble in a coordinated manner. However, previous studies have focused on phenotypic and genetic analyses, or the characterization of isolated sub-components. Crucially, how bacteria orchestrate the many different cellular processes in time and space in order to construct a functional motility organelle remains enigmatic. The present proposal constitutes a comprehensive research program with the aim to obtain a holistic understanding of the underlying principles that allow bacteria to control and coordinate the simultaneous self-assembly processes of several multi-component nanomachines within a single cell. Towards this goal, we will combine for the first time the visualization of the dynamic self-assembly of individual flagella with quantitative single-cell gene expression analyses, re-engineering of the genetic network and biophysical modeling in order to develop a biophysical model of flagella self-assembly. This novel, integrative approach will allow us to move beyond the classical, descriptive characterization of protein complexes towards an engineering-type understanding of the extraordinarily robust and coordinated assembly of a multi-component molecular machine.

Gastgebende Einrichtung

HUMBOLDT-UNIVERSITAET ZU BERLIN
Netto-EU-Beitrag
€ 1 934 950,00
Adresse
UNTER DEN LINDEN 6
10117 Berlin
Deutschland

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Region
Berlin Berlin Berlin
Aktivitätstyp
Higher or Secondary Education Establishments
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Gesamtkosten
€ 1 934 950,00

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