Fototaksja to zdolność organizmów do poruszania się kierunkowo w odpowiedzi na źródło światła. Wiele cyjanobakterii wykazuje fototaksję, zarówno w kierunku, jak i z dala od źródła światła. W środowisku zdolność do poruszania się w optymalnych warunkach oświetleniowych do fotosyntezy może być zaletą. Jesteśmy szczególnie zainteresowani tym, jak komórki postrzegają światło o różnych długościach fal; biorące udział w tym procesie fotoreceptory i kaskada transdukcji sygnału.
do analizy procesu motoryki i fototaksji w Synechocystis Sp. wygenerowaliśmy bibliotekę mutantów ruchliwości oznaczonych transpozonem. Kilka z tych mutantów o oznaczonej ruchliwości odwzorowało geny podobne do chemotaksji w loci, które nazwaliśmy loci taksonomiczne. Rola białek chemotaksji w transdukcji sygnału jest dość dobrze poznana u wiciastych bakterii jelitowych, ale znacznie mniej w innych systemach. Synechocystis Sp. ma trzy loci podatkowe, z których dwa są zaangażowane w odpowiedzi ruchliwości. Zakłócenie locus tax1 (który zawiera fotoreceptor, TaxD1) wytwarza mutanty, które są ujemnie fototaktyczne, podczas gdy mutanty tax3 nie są ruchliwe i nie mają pili. Kilka nowatorskich mutantów, które są nieprawidłowe W fototaksji, jest scharakteryzowanych za pomocą podejść biochemicznych i genetycznych. Opracowaliśmy wstępny model fototaksji i opracowujemy system do analizy fototaksji w termofilnych cyjanobakteriach wyizolowanych z maty mikrobiologicznej.
wykazaliśmy, że w organizmie modelowym Synechocystis. Sp. z o. o. fototaksja jest zjawiskiem zależnym od powierzchni, które wymaga pili typu IV, a nie wici. Wiele bakterii Gram-ujemnych ma pili typu IV, które są długimi wielofunkcyjnymi, białkowymi wyrostkami powierzchniowymi. Co ciekawe, pili typu IV są wymagane do różnych funkcji, takich jak ruchliwość społeczna, rozpoznawanie patogenów gospodarza, zdolność do pobierania egzogennego DNA i tworzenia biofilmu.
obecnie używamy mikroskopii poklatkowej i programów śledzących do śledzenia pojedynczych komórek i populacji, aby zadać podstawowe pytania dotyczące parametrów, które regulują ruchliwość. We współpracy z Doron Levy (Wydział Matematyki, University of Maryland) modelujemy dynamikę społeczną w ruchliwości zależnej od powierzchni. Niedawno nawiązaliśmy również współpracę z grupą K. C. Huanga (Departament Bioinżynierii, Stanford)w celu symulacji i kontroli ruchliwości zależnej od powierzchni. Jest prawdopodobne, że komórki funkcjonują jako grupy, a dynamika komunikacji grupowej może być mediowana przez pili i sygnały molekularne, takie jak cAMP. Rola komunikacji jest szczególnie istotna dla mat mikrobiologicznych i innych społeczności bakteryjnych w środowiskach naturalnych.
Filmy i zdjęcia: już wkrótce!
odpowiednie publikacje (wersja PDF dostępna w zakładce Publikacje)
1. Burriesci M. and Bhaya D. (2008) Tracking phototactic responses and modeling motility of Synechocystis sp. szczep PCC6803 J. Fotochem. Fotobiol. 91 (2-3):77-86
2. Bhaya, D, Levy, D., Requeijo, T. Group Dynamics of Phototaxis: Interacting Stochastic Many-Particles Systems and their Continuum 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, Berlin, 2008, s. 145-159.
3. Bhaya, D. (2004) Light matters: Phototaxis and signal transduction in unicellular cyanobacteria Mol. Mikrobiol. 53:745-754
4. Ng, W-O, Grossman A. R. and D. Bhaya (2003) Multiple light inputs control phototaxis in Synechocystis Sp. Szczep PCC6803 J.Bakteriol 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. Bakteriol. 183: 6140-6143
6. Bhaya, D., Fazeli F, Nakasugi K. N., and Burriesci M., (2006) Phototaxis and disabled motility in adenylyl cyclase and cyclase receptor protein mutants of Synechocystis sp. Szczep PCC6803 J. Bakteriol 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) Typ IV pilus biogenesis and motility in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC6803 Mol. Mikrobiol. 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. szczep PCC6803. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 96: 3188-3193