Forschungsschwerpunkte der AG Caspari
Das Labor interessiert sich für die Erforschung der Biogenese und Aufrechterhaltung der Photosynthese anhand der Modell-Grünalge Chlamydomonas reinhardtii. Wir möchten sowohl verstehen, wie die Photosynthesemaschinerie generiert wird, beginnend mit Proteinimport in den Chloroplasten, als auch wie deren Abbau in alternden Kulturen verhindert werden kann, unter anderem durch den Einsatz symbiotischen Nährstoffrecyclings. Ziel ist es, eine bessere Kontrolle über Gewinn und Verlust der Photosynthesemaschinerie zu erreichen, um die biotechnologische Nutzung stabiler Photosynthesekulturen zu ermöglichen, die kontinuierlich ein gewünschtes Produkt zu erzeugen können.
Proteinimport
Die Biogenese der Photosynthesemaschinerie beruht auf einem komplizierten Zusammenspiel von Proteinimport und Expression des Chloroplastengenoms. Stark sequenzdivergente N-terminale Chloroplasten-Transitpeptide (cTPs) bestimmen den Import von zytosolisch produzierten Proteinen. Die Forschung im Labor baut auf der Erkenntnis auf, dass cTPs aus unstrukturierten Sequenzelementen vor und nach einer zentralen amphipathischen Helix bestehen (Caspari et al. 2023) und dass diese Sequenzelemente über die Stelle hinausgehen, an der cTPs von dem transportierten Protein abgespalten werden (Caspari 2022). Wir verwenden ein genetisches Screening, um die Rolle von cTP-Elementen beim Adressieren von Proteinen zu testen. Dabei benutzen wir Leaky-Stop-Codon-Technologie (Caspari 2020), die eine Kombination von Komplementation und Fluoreszenzmikroskopie ermöglicht. Ebenso sind wir daran interessiert herauszufinden, ob die Affinität der Transitpeptide zur Lipidzusammensetzung der Zielorganellenmembranen eine Rolle bei der Bestimmung des subzellulären Zielorts spielt.
Dem Kollaps entkommen
Chlamydomonas-Kulturen folgen dem gleichen Wachstumsmuster wie andere Mikroorganismen im Labor: Auf eine exponentielle Phase folgt eine stationäre Phase und dann eine Phase des Absterben. Dass photosynthetische Mikroben überhaupt sterben ist rätselhaft, da sie nicht unter einer Energiebeschränkung leiden. Würden Zellen lediglich aufhören, sich zu teilen, könnte die stationäre Phasenkultur eine ideale Plattform für die biotechnologische Nutzung sein, da ein größerer Teil des Energieumsatzes in ein gewünschtes Produkt gelenkt werden könnte. Wir sind daher daran interessiert, die Ursachen des Kultursterbens und die damit einhergehende Herunterregulierung der Photosynthese zu untersuchen. Wir sind auch daran interessiert, experimentelle Evolutionsprotokolle für Chlamydomonas zu entwickeln, z.B. durch den Einsatz sexueller Fortpflanzung oder von mutagenen Mitteln, um Algenkulturen dazu zu bringen, hohe Photosyntheseraten aufrechtzuerhalten.
Mit freundlicher Hilfe
In natürlichen Ökosystemen werden Abfälle durch das Zusammenspiel einer Vielzahl von Organismen recycelt und so das Absterben verhindern, das bei Reinkulturen zu beobachten ist. Das Ziel besteht daher darin, mikrobielle Mini-Ökosysteme zu etablieren, die in der Lage sind, Chlamydomonas-Kulturen langfristig stabil am Leben zu erhalten, ausgehend von zufälligen Umweltbiota, z.B. Bodenproben (Chlamydomonas ist eine im Boden lebende Alge). Darüber hinaus versuchen wir, über Proteinimport engere Formen symbiotischer Abhängigkeiten zu entwickeln. Diese Idee baut auf Arbeiten zur Evolution des Proteinimports von Mitochondrien und Chloroplasten aus einem bakteriellen Abwehrsystem gegen antimikrobielle Peptide auf (Garrido und Caspari et al. 2020, Caspari und Lafontaine 2021, Caspari et al. 2023), welche darauf hindeuten, dass es möglich sein könnte, Bakterien so zu verändern, dass sie Proteine importieren. Letztendlich besteht das Ziel darin, einen proteinexportierenden Algenstamm mit einem proteinimportierenden Bakterium zu kombinieren, um eine Symbiose künstlich herbeizuführen.
Publikationen
Hier finden Sie eine Liste unserer Publikationen.
Mitglieder
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