Bistabilität bei der bakteriellen Kompetenzentwicklung

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Genetisch identische bakterielle Populationen können unterschiedliche Phänotypen entwickeln. Ein Beispiel hierfür ist die Kompetenzentwicklung für DNA-Transformation in Bacillus subtilis. B. subtilis detektieren ihre eigene Zelldichte und bei hoher Zelldichte werden ca. 10% der Zellen kompetent, d.h. Bakterien im kompetenten und solche im nicht-kompetenten Zustand koexistieren. Der Zustand wird durch die Konzentration des Master-Regulators ComK für die Transkription der Kompetenzgene bestimmt. ComK reguliert durch kooperative Bindung an seinen eigenen Promotor seine Expression hoch. Auto- Stimulation ist essentiell und ausreichend für die Entwicklung der Bistabilität. Obwohl eine Reihe von Regulatoren der Kompetenz identifiziert wurde ist unklar, welche Faktoren entscheiden, ob eine individuelle Zelle in den kompetenten Zustand schaltet. Weiterhin wurde die Kinetik der Kompetenzentwicklung bislang nicht untersucht. Das Ziel dieses Projekts ist es, den genetischen Schalter zwischen dem nicht-kompetenten Zustand und dem kompetenten Zustand quantitativ zu analysieren, mit folgenden spezifischen Zielen: a) Es soll eine Methode etabliert werden, die es erlaubt, die Expression des Master-Regulators in Echtzeit und auf Einzel-Zell-Niveau zu quantifizieren. b) Welche Rolle spielt das Rauschen der Transkription und Proteolyse von ComK für die Entwicklung der Bistabtilität? c) Wie beeinflussen Regulatoren der ComK Konzentration, darunter Kooperativität der ComK Autostimulation, die Schaltkinetik? Genetische Schalter sind in der Zellbiologie ein allgegenwärtiges Thema. Es ist anzunehmen, dass die in diesem Projekt vorgeschlagenen experimentellen Methoden auch für zukünftige Studien an regulatorischen Elementen in biologischen Zellen nützlich sein werden.