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Dormant bacteria: The role of small, non-protein coding RNAs in stationary phase biology

English title Dormant bacteria: The role of small, non-protein coding RNAs in stationary phase biology
Applicant Polacek Norbert
Number 197515
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Departement für Chemie, Biochemie und Pharmazie Universität Bern
Institution of higher education University of Berne - BE
Main discipline Experimental Microbiology
Start/End 01.01.2021 - 31.12.2024
Approved amount 720'000.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Experimental Microbiology
Molecular Biology

Keywords (5)

molecular microbiology; dormant bacteria; RNA biology; ncRNA; virulence

Lay Summary (German)

Lead
Es wird angenommen, dass sich bis zu zwei Drittel der gesamten mikrobiellen Biomasse in einem ruhenden und sich nicht vermehrenden (stationären) Zustand befinden. Die molekularen Mechanismen wie Bakterien diese stationäre Lebensphase eingehen und beibehalten können ist weitgehend unbekannt. Kürzlich wurde herausgefunden, dass kleine nicht-Protein-kodierende RNA (ncRNA) Moleküle in der stationären Phase von Bakterien eine wesentliche Rolle spielen. Dieses Projekt versucht die Rolle solcher kleinen RNAs bei der Etablierung dieses „schlafenden Stadiums“ in Bakterien aufzuklären.
Lay summary

Inhalt und Ziel des Forschungsprojektes

Basierend auf einem bereits abgeschlossenen screens für kleine ncRNAs im Bakterium E. coli werden speziell solche Moleküle untersucht werden, die in der stationären Phase deutlich erhöhte oder verminderte Expression zeigen. Durch Anwendung von genetischen und biochemischen Methoden wird die Auswirkung von Mutationen in kleinen ncRNAs auf die stationäre Lebensphase untersucht werden. Das „schlafende Stadium“ von Bakterien ist auch von medizinischer Relevanz, da es mit dem klinischen Phänomen der  wiederkehrenden bakteriellen Infektionen in Zusammenhang steht. Daher wird im Rahmen dieses Forschungsvorhabens auch die Hypothese untersucht, ob und wie kleine ncRNAs die Virulenz und Infektiosität von E. coli und Salmonella Bakterien beeinflussen.

 

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts

Im Rahmen dieses Grundlagenforschungsprojekts werden wir die molekularen Mechanismen zur Etablierung und Aufrechterhaltung der stationären („schlafenden“) Phase von Bakterien untersuchen. Diese bislang wenig erforschte  Fragestellung der molekularen Mikrobiologie ist nicht nur für das Gebiet der RNA Biologie relevant, sondern bietet auch die Möglichkeit, die Grundlagen für wiederkehrende bakterielle Infektionen bei Menschen besser zu verstehen.

Direct link to Lay Summary Last update: 02.10.2020

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
182880 NCCR RNA & disease: The role of RNA biology in disease mechanisms (phase II) 01.05.2018 National Centres of Competence in Research (NCCRs)
188969 The stressed ribosome: from molecular characterization to cellular consequences 01.11.2019 Project funding (Div. I-III)

Abstract

Almost two-thirds of the microbiome’s biomass has been predicted to be in a non-proliferating growth state. Therefore, entry into and exit from the stationary phase are crucial for long-term survival of a bacterial population and are therefore tightly regulated processes. It is assumed that dormancy goes hand in hand with global down regulation of gene expression. However, it remains largely unknown how bacteria manage to establish this resting phenotype at the molecular level. Recently small non-protein RNAs (sRNAs or ncRNAs) have been suggested to be involved in establishing the non-proliferating state in bacteria. These have recently emerged as potent regulators of post-transcriptional gene expression in all domains of life, fine-tuning various pathways. The aim of this proposal is to implement experimental strategies that will functionally characterize several candidate sRNAs and delineate their physiological roles in establishing the dormant state. The following questions are of interest and will be addressed: (i) How do specific sRNAs establish bacterial dormancy at the molecular level? Which transcripts/proteins do they interact with?(ii) How are these sRNAs expressed specifically in stationary phase and how are they regulated?(iii) What advantages do these sRNAs confer to dormant bacteria? Do they contribute to virulence?These central questions will be addressed using a combination of genetic, molecular and biochemical approaches. sRNA-target interactions will be predicted through bioinformatic analysis and high-throughput approaches (RNA-sequencing and mass spectrometry) and validated using a combination of in vitro (e.g. protection assays, electrophoretic mobility shift assays) and in vivo approaches (e.g. expression profiling, sRNA overexpression, reporter assays). By combining established assays and available expertise of our team with new experimental approaches, we will gain insights into how bacterial sRNAs contribute to bacterial dormancy at the molecular level and sustain viability, persistence and virulence of dormant cells under harsh environmental conditions. The proposed project will notably reveal the contributions as well as hierarchies of complex and intertwined regulatory networks governing bacterial survival.
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