Fototaksis on eliöiden kyky liikkua suunnallisesti vastauksena valonlähteeseen. Monilla syanobakteereilla esiintyy fototakseja sekä valonlähdettä kohti että siitä poispäin. Ympäristössä etu on todennäköisesti kyky siirtyä fotosynteesin kannalta optimaalisiin valo-olosuhteisiin. Olemme erityisen kiinnostuneita siitä, miten solut havaitsevat valon eri aallonpituuksilla; mukana olevat fotoreseptorit ja tähän prosessiin liittyvä signaalinsiirtokaskadi.
motiliteetin ja fototaksis-prosessin dissektoiminen Synechocystis sp: ssä. loimme kirjaston transposon-merkittyjä liikkuvuusmutantteja. Useat näistä merkityistä motiliteettimutanteista yhdistettiin kemotaksis-tyyppisiin geeneihin lokuksessa, jonka nimesimme verolokiksi. Kemotaksiproteiinien rooli signaalinvälityksessä tunnetaan melko hyvin flagelloiduissa enterobakteereissa, mutta paljon vähemmän muissa järjestelmissä. Synechocystis sp. on kolme tax loci, joista kaksi ovat mukana motiliteetti vastauksia. Tax1-lokuksen häiriö (joka sisältää fotoreseptorin, TaxD1) tuottaa mutantteja, jotka ovat negatiivisesti fototaktisia, kun taas tax3-mutantit ovat ei-liikkuvia eikä niillä ole piliä. Useita uusia mutantteja, jotka ovat poikkeavia fototaksissa, luonnehditaan biokemiallisilla ja geneettisillä lähestymistavoilla. Olemme kehittäneet alustavan mallin fototaksista ja kehitämme järjestelmää fototaksien analysointiin mikrobimatoista eristetyissä termofiilisissä syanobakteereissa.
olemme osoittaneet, että malliorganismissa Synechocystis. sp. fototaksis on pinnasta riippuva ilmiö, joka vaatii flagellan sijaan tyypin IV piliä. Monilla Gramnegatiivisilla bakteereilla on tyypin IV pilejä, jotka ovat pitkiä monikäyttöisiä, valkuaispitoisia pintalisäkkeitä. Mielenkiintoista on, että tyypin IV pilejä tarvitaan erilaisiin toimintoihin, kuten sosiaaliseen liikkuvuuteen, isäntäpatogeenin tunnistamiseen, kykyyn tarttua eksogeeniseen DNA: han ja biofilmin muodostumiseen.
tällä hetkellä käytämme time lapse-videomikroskopia-ja seurantaohjelmia yksittäisten solujen ja populaatioiden seuraamiseen kysyäksemme peruskysymyksiä liikkumattomuutta säätelevistä parametreista. Yhteistyössä Doron Levy (Department of Mathematics, University of Maryland) mallinnamme sosiaalisen dynamiikan pinta riippuvainen liikkuvuutta. Olemme äskettäin myös perustaneet yhteistyötä K. C. Huangin ryhmän (Department of Bioengineering, Stanford) kanssa simuloimaan ja kontrolloimaan pinnasta riippuvaista liikkuvuutta. On todennäköistä, että solut toimivat ryhminä ja ryhmäviestinnän dynamiikka voi välittyä pili-ja molekyylisignaalien kuten cAMP: n kautta. Viestinnän rooli on erityisen tärkeä mikrobimatoille ja muille luonnollisissa ympäristöissä eläville bakteeriyhteisöille.
elokuvat ja kuvat: tulossa pian!
relevantit julkaisut (PDF-versio saatavilla kohdasta Publications)
1. Burriesci M. and Bhaya D. (2008) Tracking phototactic responses and modeling motility of Synechocystis sp. kanta PCC6803 J. Photochem. Fotobioli. 91 (2-3):77-86
2. Bhaya, D, Levy, D., Requeijo, T. Fototaksien ryhmädynamiikka: vuorovaikutteiset stokastiset Monihiukkasjärjestelmät ja niiden Jatkumoraja, teoksessa S. Benzoni-Gavage ja D. Serre (toim.), ”Hyperbolic Problems: Theory, Numerics, Applications”, Proceedings of the yhdestoista International Conference on Hyperbolic Problems, Lyon, 2006. Springer-Verlag, Berliini, 2008, s. 145–159.
3. Bhaya, D. (2004). Light matters: Phototaxis and signal transduction in unicellular cyanobacteria Mol. Mikrobiolia. 53: 745-754
4. Ng, W-O, Grossman A. R. and D. Bhaya (2003) Multiple light inputs control phototaxis in Synechocystis sp. Kanta PCC6803 J.Bakterioli 185: 1599-607.
5. Bhaya D, Takahashi A, Shahi P., and a R. Grossman (2001) Novel motility mutants from Synechocystis PCC6803 generated by in vitro transposon mutagenesis. J. Bakterioli. 183: 6140-6143
6. Bhaya, D., Fazeli F, Nakasugi K. N., and Burriesci M. (2006). Phototaxis and impassed motility in adenylyl cyclase and cyclase receptor protein mutants of Synechocystis sp. Kanta PCC6803 J. Bakterioli 188: 7306-7610
7. Bhaya D, Takahashi, A and a R. Grossman (2001) Light regulation of TypeIV pilus-dependent motility by chemosensor-like elements in Synechocystis PCC 6803. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 98:7540-7545
8. Bhaya, D, N. R. Bianco, D. Bryant and A. R. Grossman (2000) Type IV pilus biogenesis and motility in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC6803. Mol. Mikrobiolia. 37: 941-951
9. Bhaya, D. and A. R. Grossman (1999) The role of an alternative sigma factor in motility and pilus formation in the cyanobacterium Synechocystis sp. kanta PCC6803. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 96: 3188-3193