Fototaxia este capacitatea organismelor de a se deplasa directional ca raspuns la o sursa de lumina. Multe cianobacterii prezintă fototaxie, atât spre, cât și departe de o sursă de lumină. În mediu, capacitatea de a se deplasa în condiții optime de lumină pentru fotosinteză este probabil să fie un avantaj. Suntem interesați în special de modul în care celulele percep lumina de diferite lungimi de undă; fotoreceptorii implicați și cascada de transducție a semnalului implicată în acest proces.

pentru a diseca procesul de motilitate și fototaxie în Synechocystis sp. am generat o bibliotecă de motilitate-mutanți marcați cu transpozon. Mai mulți dintre acești mutanți cu motilitate etichetată au fost mapați la gene asemănătoare chemotaxiei la loci pe care le-am numit loci fiscali. Rolurile proteinelor de chemotaxie în transducția semnalului sunt destul de bine înțelese în bacteriile enterice flagelate, dar cu atât mai puțin în alte sisteme. Synechocystis sp. are trei loci fiscali, dintre care două sunt implicate în răspunsurile de motilitate. Întreruperea locusului tax1 (care conține un fotoreceptor, TaxD1) produce mutanți care sunt fototactici negativ, în timp ce mutanții tax3 sunt non-motili și nu au pili. Mai mulți mutanți noi care sunt aberanți în fototaxie sunt caracterizați folosind abordări biochimice și genetice. Am dezvoltat un model preliminar de fototaxie și dezvoltăm un sistem de analiză a fototaxiei în cianobacteriile termofile izolate din covorașele microbiene.
am arătat că în organismul model Synechocystis. sp. fototaxia este un fenomen dependent de suprafață care necesită pili de tip IV mai degrabă decât flageli. Multe bacterii Gram negative au pili de tip IV, care sunt anexe lungi multifuncționale, de suprafață proteică. Interesant este că pili de tip IV sunt necesari pentru diverse funcții, cum ar fi motilitatea socială, recunoașterea agentului patogen gazdă, capacitatea de a prelua ADN exogen și în formarea biofilmului.

În prezent, folosim microscopie video time lapse și programe de urmărire pentru a urmări celulele și populațiile unice pentru a pune întrebări de bază despre parametrii care guvernează motilitatea. În colaborare cu Doron Levy (Departamentul de Matematică, Universitatea din Maryland) modelăm dinamica socială în motilitatea dependentă de suprafață. De asemenea, am înființat recent colaborări cu grupul K. C. Huang (Departamentul de Bioinginerie, Stanford) pentru a simula și controla motilitatea dependentă de suprafață. Este probabil ca celulele să funcționeze ca grupuri, iar dinamica comunicării de grup poate fi mediată prin pili și semnale moleculare, cum ar fi cAMP. Rolul comunicării este deosebit de relevant pentru covorașele microbiene și alte comunități bacteriene din mediile naturale.

filme și imagini: în curând!

publicații relevante (versiunea PDF disponibilă sub publicații)
1. Burriesci M. și Bhaya D. (2008) urmărirea răspunsurilor fototactice și modelarea motilității Synechocystis sp. tulpina PCC6803 J. Fotochem. Fotobiol. 91 (2-3):77-86
2. Bhaya, D, Levy, D., Requeijo, T. Dinamica grupului de Fototaxie: interacțiunea sistemelor stochastice cu multe particule și limita lor continuă, în S. Benzoni-gavaj și D. Serre (Eds.), „Probleme hiperbolice: teorie, numerică, Aplicații”, lucrările celei de-a unsprezecea conferințe internaționale privind problemele hiperbolice, Lyon, 2006. Springer-Verlag, Berlin, 2008, pp. 145 — 159.
3. Bhaya, D., (2004) lumina contează: Fototaxia și transducția semnalului în cianobacteriile unicelulare Mol. Microbiol. 53: 745-754
4. Ng, W-O, Grossman A. R. și D. Bhaya (2003) intrări multiple de lumină controlează fototaxia în Synechocystis sp. Tulpina PCC6803 J.Bacteriol 185: 1599-607.
5. Bhaya D, Takahashi a, Shahi P. și A R. Grossman (2001) noi mutanți de motilitate din Synechocystis PCC6803 generat de mutageneza transpozonului in vitro. J. Bacteriol. 183:6140-6143
6. Bhaya, D., Fazeli F, Nakasugi K. N. și Burriesci M., (2006) Fototaxia și motilitatea afectată în mutanții proteici ai receptorilor adenilil ciclazei și ciclazei din Synechocystis sp. Tulpina PCC6803 J. Bacteriol 188:7306-7610
7. Bhaya D, Takahashi, a și a R. Grossman (2001) reglarea ușoară a motilității dependente de pilus typeiv prin elemente asemănătoare chemosenzorilor în Synechocystis PCC 6803. Proc. Natl. Acad. Sci. SUA, 98:7540-7545
8. Bhaya, D, N. R. Bianco, D. Bryant și A. R. Grossman (2000) biogeneza și motilitatea pilusului de tip IV în cyanobacterium Synechocystis sp. PCC6803. Mol. Microbiol. 37: 941-951
9. Bhaya, D. și A. R. Grossman (1999) rolul unui factor sigma alternativ în motilitate și formarea pilusului în cyanobacterium Synechocystis sp. tulpina PCC6803. Proc. Natl. Acad. Sci. SUA, 96: 3188-3193