Zusammenspiel von Bakterien und Jumbophagen – Genetik und Evolution

Wir erforschen die Genetik und Evolution im Zusammenspiel von Bakterien und Jumbophagen.

Jumbophage phiKZ unter dem Elektronenmikroskop (Sokolova et al., Virology, 2014)

Phagen sind Viren, die ausschliesslich Bakterien befallen. Jumbophagen sind wiederum Phagen, die aussergewöhnlich grosse Genome besitzen und ähnlich Eigenschaften wie Eukaryoten haben. Wir untersuchen die Interaktionen und Koevolution solcher Jumbophagen und ihren Wirtsbakterien.

Bakteriophagen oder Phagen sind die häufigsten und vielfältigsten Lebewesen. Sie kommen an unterschiedlichsten Orten auf unserem Planeten vor, vom menschlichen Darm bis zu den Ozeanen. Die Vorstellung, dass Phagen kleine und einfache Viren sind, wurde durch die Entdeckung der Jumbophagen widerlegt. Ihr Genom ist dreimal grösser als das von kleinen Phagen und ihr breites genetisches Repertoire verleiht ihnen Eeukaryoten-ähnliche Eigenschaften. Wir untersuchen die noch unerforschte Biologie der Jumbophagen und wie sie zur Eindämmung der Antibiotikakrise beitragen können.

Jumbophagen und die Jumbophagen-Killer-Immunsysteme
Der Phage phiKZ ist ein Modell-Jumbophage, der das Bakterium Pseudomonas aeruginosa infiziert. Nach der Infektion bildet phiKZ ein Infektionsvesikel, welches das injizierte Phagengenom umschliesst. Im Verlauf der Infektion entsteht ein Phagen-Zellkern in der Bakterienzelle, womit phiKZ sein Genom vor dem Abwehrsystem der Bakterien schützt. Wir haben entdeckt, dass Bakterien ein „Jumbophagen-Killer-System" (Juk) entwickelt haben. Dieses ist in der Bakterienwelt weit verbreitet und zielt auf die einzigartige Biologie der Jumbophagen ab und blockiert diese.

Erforschung der phiKZ-Infektion und der Juk-Immunität
Wir verwenden verschiedene Techniken, darunter Genetik, Mikroskopie, Biochemie und Strukturanalyse, um zu charakterisieren, wie die verschiedenen Juk-Proteine eine Infektion mit phiKZ-Jumbophagen abwehren und wie die Phagen wiederum die Juk-Immunität austricksen. Indem wir die Hochdurchsatzsequenzierung mit mathematischen Modellierungen kombinieren, können wir die evolutionären Dynamiken zwischen Bakterien und Jumbophagen sowohl unter Laborbedingungen als auch in natürlichen Umgebungen untersuchen.

Bekämpfung antibiotikaresistenter Bakterien mit Jumbophagen
Die weitgehend unerforschte Biologie der Jumbophagen verspricht Durchbrüche in der Grundlagenforschung und kann zu revolutionären genetischen Innovationen führen. Darüber hinaus töten Jumbophagen oft eine grosse Anzahl verschiedener Bakterienarten. Dies macht sie zu vielversprechenden Akteuren im Kampf gegen antibiotikaresistente Bakterien.

Die Forschungsgruppe von Yuping Li startet im Oktober 2024.