Forschungsgruppe Mikrobielle Molekulare Evolution

Forschungsgruppe Mikrobielle Molekulare Evolution

Unsere Arbeit in der Gruppe für Mikrobielle Molekulare Evolution kombiniert Laborexperimente, bioinformatische Methoden und mathematisches Modellieren um die Evolution von Bakterien, Viren und egoistischen genetischen Elementen zu erforschen. Die Forschung in der Gruppe konzentriert sich momentan auf drei Themengebiete: (1) Die Evolution von Phagenresistenz; (2) Die Ökologie und Evolution von REPIN Populationen; und (3) Die Funktion des RAYT-REPIN Systems in Bakterien.

Die Evolution von Resistenz gegen Phageninfektion in E. coli C und die Umgehung von Resistenz der Phage PhiX174

Derzeit untersuchen wir welche Resistenzen E. coli C gegen eine PhiX174 Infektion entwickeln kann und die Fitnesskonsequenzen dieser Resistenzen für das Bakterium. In einem zweiten Schritt evolvieren wir Mutanten von der Phage PhiX174, die wiederum resistente E. coli C Bakterien infizieren können. Wir haben bisher festgestellt, dass PhiX174 Mutanten nicht nur resistente E. coli C Bakterien infizieren können sondern auch andere E. coli subtypen, die gegen die Infektion des PhiX174 Wildtyps resistent sind. In der Zukunft versuchen wir die Resistenzen auf Bakterien und Virus Seite näher zu bestimmen und die funktionellen Mechanismen besser zu verstehen. Wir sind außerdem sehr daran interessiert zu untersuchen ob diese Mutanten in einer natürlichen und komplexen Umwelt wie den Säugetierdarm auch auftreten können. 

Die Ökologie von REPIN Populationen

Vor kurzem haben wir gezeigt, dass bestimmte kurze repetitive genetische Elemente (REPINs) in bakteriellen Genomen sich wie evolvierende Populationen verhalten (Genetics paper). Im Unterschied zu vielen anderen natürlichen Populationen evolviert eine REPIN Population innerhalb des Genom’s eines Bakteriums. Das heißt, man kann durch das Sequenzieren eines einzigen Bakteriums eine komplette REPIN Population untersuchen. Ähnlich wie andere natürliche Populationen können REPIN Populationen aussterben, wachsen und mit anderen REPIN Populationen oder anderen Genen im Genom konkurrieren oder auch kooperieren. In unserem ersten Projekt werden wir untersuchen wie eine einzige REPIN Population in verschiedenen Bakteriengenomen evolviert.

Die funktionelle Bedeutung des REPIN-RAYT Systems für Bakterien

REPINs sind kurze repetitive genetische Elemente die sich in Bakterien fortpflanzen können. RAYTs sind die Gene, die REPINs vervielfältigen (MGE paper und PLOS Genetics paper). RAYTs sind verwandt mit egoistischen genetischen Elementen, die sich selbst vervielfältigen können. Ungewöhnlicherweise vervielfältigen sich RAYTs nicht selbst sondern kopieren ausschließlich REPINs. Populationen egoistischer genetischer Elemente müssen genau wie Viren und andere Parasiten immer wieder neue Wirte infizieren um über lange Zeiträume überleben zu können. Es gibt keinen Hinweis, dass RAYTs häufig neue Bakterien infizieren (GBE paper).  Da RAYTs jedoch trotzdem über lange Zeiträume hinweg in Bakterien überleben, müssen sie einen Nutzen für das Bakterium haben. Wie werden versuchen diese Funktion mithilfe von Laborexperimenten zu bestimmen.

 

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