Descrizione del progetto
Un racconto su una coda: comprendere l’autoassemblaggio di più proteine in nanomacchine funzionali
I batteri si muovono mediante flagelli, appendici simili a eliche che consentono il movimento diretto verso nutrienti, altri siti appetibili e siti preferiti di infezione. Con un diametro di circa 20 nm, il filamento flagellare viene ruotato da un motore situato nell’involucro cellulare. L’intero flagello è una nanomacchina complicata in cui più proteine formano gli anelli che ancorano il flagello nella membrana, fungono da motore e formano il filamento stesso. Mentre altri studi si sono concentrati sulla genetica e sulla caratterizzazione di sottocomponenti, il progetto BacNanoMachine, finanziato dall’UE, prevede di migliorare la nostra comprensione dell’autoassemblaggio coordinato di tutti gli elementi costitutivi dei batteri nel tempo e nello spazio. Esso farà avanzare la nostra comprensione di base di questi processi e potenzialmente avrà anche implicazioni per la progettazione razionale di nuovi antibiotici e per macchine molecolari sintetiche per una varietà di applicazioni.
Obiettivo
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.
Campo scientifico
Programma(i)
Argomento(i)
Meccanismo di finanziamento
ERC-COG - Consolidator GrantIstituzione ospitante
10117 Berlin
Germania