Phototaxis är organismernas förmåga att röra sig i riktning som svar på en ljuskälla. Många cyanobakterier uppvisar fototaxi, både mot och bort från en ljuskälla. I miljön är förmågan att flytta in i optimala ljusförhållanden för fotosyntes sannolikt en fördel. Vi är särskilt intresserade av hur celler uppfattar ljus med olika våglängder; fotoreceptorerna involverade och signaltransduktionskaskaden involverade i denna process.
för att dissekera processen med motilitet och fototaxi i Synechocystis sp. vi skapade ett bibliotek med transposon-taggade motility-mutanter. Flera av dessa taggade motilitetsmutanter mappade till kemotaxisliknande gener på loci som vi namngav skatte loci. Rollerna av kemotaxisproteiner i signaltransduktion är ganska väl förstådda i flagellerade enteriska bakterier, men mycket mindre i andra system. Synechocystis sp. har tre skatte loci, varav två är involverade i motilitetsresponser. Störning av tax1 locus (som innehåller en fotoreceptor, TaxD1) producerar mutanter som är negativt fototaktiska medan tax3 mutanter är icke-rörliga och har ingen pili. Flera nya mutanter som är avvikande i fototaxi karakteriseras med biokemiska och genetiska tillvägagångssätt. Vi har utvecklat en preliminär modell av phototaxis och utvecklar ett system för att analysera phototaxis i termofila cyanobakterier isolerade från mikrobiella mattor.
Vi har visat att i modellorganismen Synechocystis. sp. phototaxis är ett ytberoende fenomen som kräver typ IV pili snarare än flagella. Många gramnegativa bakterier har typ IV pili, som är långa multifunktionella, proteinhaltiga ytbilagor. Intressant nog krävs pili av typ IV för olika funktioner som social motilitet, värd-patogenigenkänning, förmågan att ta upp exogent DNA och i biofilmbildning.
För närvarande använder vi time lapse videomikroskopi och spårningsprogram för att följa enskilda celler och populationer för att ställa grundläggande frågor om parametrarna som styr motilitet. I samarbete med Doron Levy (Institutionen för matematik, University of Maryland) modellerar vi social dynamik i ytberoende motilitet. Vi har nyligen också startat samarbeten med K. C. Huangs grupp (Institutionen för Bioengineering, Stanford) för att simulera och kontrollera ytberoende motilitet. Det är troligt att celler fungerar som grupper och dynamik i gruppkommunikation kan förmedlas genom pili och molekylära signaler såsom cAMP. Kommunikationsrollen är särskilt relevant för mikrobiella Mattor och andra bakteriesamhällen i naturliga miljöer.
filmer och bilder: kommer snart!
relevanta publikationer (PDF-version tillgänglig under publikationer)
1. Burriesci M. och Bhaya D. (2008) spårar fototaktiska svar och modelleringsmotilitet av Synechocystis sp. stam PCC6803 J. Photochem. Fotobiol. 91 (2-3): 77-86
2. Bhaya, D, Levy, D., Requeijo, T. Gruppdynamik för Fototaxi: samverkande stokastiska system med många partiklar och deras Kontinuumgräns, i S. Benzoni-sondmatning och D. Serre (Red.), ”Hyperboliska problem: teori, Numerik, applikationer”, Proceedings of the elfte International Conference on Hyperbolic Problems, Lyon, 2006. Springer-Verlag, Berlin, 2008, s.145-159.
3. Bhaya, D., (2004) Light matters: Fototaxi och signaltransduktion i encelliga cyanobakterier Mol. Mikrobiol. 53: 745-754
4. Ng, W-O, Grossman ar och D. Bhaya (2003) flera ljusingångar styr fototaxis i Synechocystis sp. Stam PCC6803 J.Bakteriol 185: 1599-607.
5. Bhaya D, Takahashi A, Shahi P. och A R. Grossman (2001) nya motilitetsmutanter från Synechocystis PCC6803 genererade genom in vitro transposonmutagenes. J. Bakteriol. 183: 6140-6143
6. Bhaya, D., Fazeli F, Nakasugi kn och Burriesci M., (2006) Fototaxi och nedsatt rörlighet i adenylylcyklas och cyklas receptorproteinmutanter av Synechocystis sp. Stam PCC6803 J. Bakteriol 188: 7306-7610
7. Bhaya D, Takahashi, A och A R. Grossman (2001) ljusreglering av TypeIV pilus-beroende motilitet av kemosensorliknande element i Synechocystis PCC 6803. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 98:7540-7545
8. Bhaya, D, N. R. Bianco, D. Bryant och A. R. Grossman (2000) typ IV pilus biogenes och motilitet i cyanobakteriet Synechocystis sp. PCC6803. Mol. Mikrobiol. 37: 941-951
9. Bhaya, D. och A. R. Grossman (1999) rollen som en alternativ Sigma-faktor i motilitet och pilusbildning i cyanobakteriet Synechocystis sp. stam PCC6803. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 96: 3188-3193