Fototaxis is het vermogen van organismen om zich direct te bewegen als reactie op een lichtbron. Veel cyanobacteriën vertonen fototaxis, zowel richting als weg van een lichtbron. In de omgeving, het vermogen om te bewegen in optimale lichtomstandigheden voor fotosynthese is waarschijnlijk een voordeel. We zijn vooral geïnteresseerd in hoe cellen licht van verschillende golflengten waarnemen; de betrokken fotoreceptoren en de signaaltransductie cascade betrokken bij dit proces.
om het proces van motiliteit en fototaxis in Synechocystis sp. we maakten een bibliotheek van transposon-tagged motility-mutanten. Verschillende van deze gemerkte motiliteitsmutanten zijn in kaart gebracht met chemotaxis-achtige genen op loci die we de tax loci noemden. De rollen van chemotaxisproteã nen in signaaltransductie zijn vrij goed begrepen in gesgellateerde enterische bacteriën, maar veel minder zo in andere systemen. Synechocystis sp. heeft drie belastingloci, waarvan er twee betrokken zijn bij motiliteitsreacties. Verstoring van de tax1 locus (die een fotoreceptor bevat, TaxD1) produceert mutanten die negatief fototactisch zijn, terwijl tax3 mutanten niet-motiel zijn en geen pili hebben. Verscheidene nieuwe mutanten die in phototaxis afwijkend zijn worden gekenmerkt gebruikend biochemische en genetische benaderingen. We hebben een voorlopig model van fototaxis ontwikkeld en ontwikkelen een systeem om fototaxis te analyseren in thermofiele cyanobacteriën geïsoleerd uit microbiële matten.we hebben aangetoond dat in het modelorganisme Synechocystis. sp. fototaxis is een oppervlakte-afhankelijk fenomeen dat type IV pili in plaats van flagella vereist. Vele gramnegatieve bacteriën hebben Type IV pili, die lange multifunctionele, proteinaceous oppervlakteaanhangsels zijn. Interessant, Type IV pili wordt vereist voor diverse functies zoals sociale motiliteit, gastheer-pathogeen erkenning, de capaciteit om exogene DNA en in biofilm vorming op te nemen.
momenteel gebruiken we time lapse video microscopie en tracking programma ‘ s om afzonderlijke cellen en populaties te volgen om basisvragen te stellen over de parameters die motiliteit bepalen. In samenwerking met Doron Levy (departement Wiskunde, Universiteit van Maryland) modelleren we de sociale dynamiek in oppervlakteafhankelijke motiliteit. We hebben onlangs ook samenwerkingen opgezet met K. C. Huang ‘ s groep (Department of Bioengineering, Stanford) om oppervlakafhankelijke motiliteit te simuleren en te controleren. Het is waarschijnlijk dat cellen functioneren als groepen en de dynamiek van groepscommunicatie kan worden gemedieerd door pili en moleculaire signalen zoals cAMP. De rol van communicatie is bijzonder relevant voor microbiële matten en andere bacteriële gemeenschappen in natuurlijke milieu ‘ s.
films en afbeeldingen: binnenkort!
relevante publicaties (PDF-versie beschikbaar onder Publicaties)
1. Burriesci M. and Bhaya D. (2008) het volgen van fototactische reacties en het modelleren van motiliteit van Synechocystis sp. stam pcc6803 J. Photochem. Photobiol. 91 (2-3):77-86
2. Bhaya, D, Levy, D., Requeijo, T. Group Dynamics of Phototaxis: Interacting Stochastic Many-Particles Systems and their continuüm Limit, in S. Benzoni-Gavage and D. Serre (Eds.), “Hyperbolic Problems: Theory, Numerics, Applications”, Proceedings of the Eleventh International Conference on Hyperbolic Problems, Lyon, 2006. Springer-Verlag, Berlijn, 2008, pp. 145 — 159.
3. Bhaya, D. (2004) Light matters: Phototaxis and signal transduction in unicellular cyanobacteria Mol. Microbiol. 53: 745-754
4. Ng, W-O, Grossman A. R. and D. Bhaya (2003) Multiple light inputs control phototaxis in Synechocystis sp. Stam Pcc6803 J.Bacteriol 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. Bacteriol. 183: 6140-6143
6. Bhaya, D., Fazeli F, Nakasugi K. N., and Burriesci M., (2006) Phototaxis and impaired motility in adenylyl cyclase and cyclase receptor protein mutants of Synechocystis sp. Stam pcc6803 J. Bacteriol 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. Microbiol. 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. stam PCC6803. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 96: 3188-3193