Molekulare Mechanismen LOV-regulierter Diguanylat Zyklasen

Die Anpassungsfähigkeit aller Organismen an wechselnde Umweltbedingungen basiert auf einer Vielzahl regulatorischer Prozesse. Dabei werden äußere Einflüsse von verschiedenen Sensoren wahrgenommen und die Information letztendlich an diverse Effektoren übermittelt. Diese Effektoren ermöglichen in weiterer Folge die Adaption des Stoffwechsels, so dass sich die Organismen entsprechend besser auf Änderungen in der Umgebung einstellen können. Ein wesentlicher Umwelteinfluss ist Licht und Änderungen sowohl in der Intensität als auch der Dauer der Lichtexposition beeinflussen eine Vielzahl von Organismen. Im Laufe der Evolution hat sich eine Reihe von lichtempfindlichen Proteinen entwickelt, die mit unterschiedlichen Bereichen des sichtbaren Lichtes oder des UV-Anteils von Sonnenlicht wechselwirken können. Im Rahmen dieses Projektes wird eine spezielle Art von Blaulichtfotorezeptoren näher untersucht, bei denen der Blaulichtsensor direkt an eine spezielle enzymatische Funktionalität (Digunaylatzyklase) gekoppelt ist. Dadurch kann die Produktion einer speziellen Verbindung (zyklisches dimeres GMP) durch Belichtung verstärkt werden, die in weiterer Folge morphologische Änderungen im Organismus bewirkt. In der natürlichen Umgebung wechseln Mikroorganismen dadurch zwischen beweglichen und stationären Lebensformen. Speziell bei pathogenen Organismen können stabile stationäre Lebensformen, sogenannte Biofilme, problematische bei der Antiobiotikatherapie sein. Im Zuge der geplanten Forschungsarbeiten sollen die molekularen Mechanismen dieser Blaulicht- regulierten Diguanylatzyklase näher erforscht werden, um zu verstehen wie eine Aktivierung der Sensordomäne zu strukturellen Änderungen in der gekoppelten enzymatischen Effektor-Einheit führt. In weiterer Folge kann ein besseres Verständnis der zugrundeliegenden Mechanismen dazu genutzt werden neuartige Sensor-Effektor Kombinationen zu generieren. Solche nicht-natürlich vorkommenden Blaulicht-regulierten Systeme könnten dann Anwendung im Bereich der Optogenetik finden, wo gentechnisch modifizierte Organismen gezielt mit Blaulicht bestrahlt würden um spezifische Effekte zu erzielen. So kann man zum Beispiel im Bereich der Zellbiologie Interaktionen zwischen verschiedenen Proteinen unter Lichtkontrolle steuern und so mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung Prozesse in lebenden Organismen beobachten bzw. kontrollieren. In weiterer Folge könnten solche Systeme dann auch Anwendung in medizinischen Anwendungen finden, wo gezielte Belichtung dazu führt einen Wirkstoff nur dort zu produzieren wo er benötigt wird. Dadurch könnten unerwünschte Nebenwirkungen, die bei derzeitigen Therapien den ganzen Körper betreffen, minimiert werden und so eine effektivere Behandlung von verschiedenen Krankheiten ermöglichen.