Phototaxis é a capacidade dos organismos para mover o direcional em resposta a uma fonte de luz. Muitas cianobactérias exibem fototaxis, tanto para e longe de uma fonte de luz. No ambiente, a capacidade de mover-se em condições ótimas de luz para a fotossíntese é provável que seja uma vantagem. Estamos particularmente interessados em como as células percebem a luz de diferentes comprimentos de onda; os fotorreceptores envolvidos e a cascata de transdução de sinal envolvida neste processo.
para dissecar o processo de motilidade e fototaxia na Synechocystis sp. criámos uma biblioteca de mutantes motorizados com etiquetas de transposões. Vários destes mutantes de motilidade marcados mapeados a genes de quimiotaxia em loci, que chamamos de loci de imposto. Os papéis das proteínas quimiotaxis na transdução de sinais são bastante bem compreendidos em bactérias entéricas flageladas, mas muito menos em outros sistemas. Synechocystis sp. tem três loci de impostos, dois dos quais estão envolvidos em respostas de motilidade. Disrupção do locus tax1 (que contém um fotorreceptor, TaxD1) produz mutantes que são negativamente fototáticos, enquanto os mutantes tax3 são não-móveis e não têm pili. Vários novos mutantes que são aberrantes na fototaxia estão sendo caracterizados usando abordagens bioquímicas e genéticas. Desenvolvemos um modelo preliminar de fototaxia e estamos desenvolvendo um sistema para analisar fototaxia em cianobactérias termófilas isoladas de tapetes microbianos.
nós mostramos isso no organismo modelo Synechocistis. sp. fototaxis é um fenômeno dependente da superfície que requer pili Tipo IV em vez de flagella. Muitas bactérias Gram negativas têm pili tipo IV, que são longos apêndices de superfície multifuncionais e proteináceos. Curiosamente, pili Tipo IV são necessários para diversas funções, tais como motilidade social, reconhecimento hospedeiro-patógeno, a capacidade de pegar o DNA exógeno e na formação biofilme.
Atualmente estamos usando programas de microscopia e rastreamento de tempo lapse para seguir células únicas e populações para fazer perguntas básicas sobre os parâmetros que governam a motilidade. Em colaboração com Doron Levy (Departamento de Matemática, Universidade de Maryland) estamos modelando a dinâmica social na motilidade dependente da superfície. Recentemente também estabelecemos colaborações com o grupo de K. C. Huang (Departamento de Bioengenharia, Stanford) para simular e controlar a motilidade dependente da superfície. É provável que as células funcionem como grupos e a dinâmica da comunicação de grupo pode ser mediada através de pili e sinais moleculares como cAMP. O papel da comunicação é particularmente relevante para os tapetes microbianos e outras comunidades bacterianas em ambientes naturais.
filmes e imagens: COMING SOON!
publicações relevantes (PDF version available under Publications)
1. Burriesci m. and Bhaya D. (2008) Tracking phototactic responses and modeling motility of Synechocystis sp. estirpe PCC6803 J. Photochem. Photobiol. 91 (2-3):77-86
2. Bhaya, D, Levy, D., Requeijão, 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, pp. 145–159.
3. Bhaya, D., (2004) Light matters: Phototaxis and signal transduction in unicelular cyanobacteria Mol. Microbiol. 53: 745-754
4. Ng, W-O, Grossman A. R. e D. Bhaya (2003) Multiple light inputs control phototaxis in Synechocystis sp. Estirpe 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 adenyl cyclase and cyclase receptor protein mutants of Synechocystis sp. Estirpe 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. Procedimento. Natl. Acad. Ciência. U. S. A., 98: 7540-7545
8. Bhaya, D, N. R. Bianco, D. Bryant e 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. estirpe PCC6803. Procedimento. Natl. Acad. Ciência. U. S. A., 96: 3188-3193