AG Barbirz

Infection Mechanisms of Bacteriophages
Research

We love bacteriophages! Bacteriophages (or short: phages) are viruses that use bacteria as hosts. Bacteria and their phages have co-evolved and they continuously exchange their genetic material. Consequently, you can find phages in all bacterial ecosystems. Essential part of a bacteriophage life cycle is transfer of its genes into bacterial host cells. This is a fascinating process, considering that phages first very specifically identify their hosts, next receive a signal for particle opening and finally transport their genomes over the bacterial envelope without destroying it. With our biophysical and biochemical research approaches, we want to elucidate the molecular details and the dynamics of these initial bacteriophage infection steps. Understanding bacteriophage function is very important at a time when multi-resistant pathogens are on the rise worldwide and bacteriophages are sought after to design new antibiotic therapies.

Current Projects
Bacterial Vesicles as Decoys in Phage Defense

Functional membranous structures can exist apart from cellular entities as exosomes or extracellular vesicles (EVs) in all kingdoms of life including bacteria. For bacteriophages (phages), the viruses of bacteria, association to bacterial surfaces is an essential step in their infection cycle. Consequently, by presenting bacterial surface parts that serve as phage receptors, bacterial extracellular vesicles (BEVs) provide potent bacterial decoys to reduce the number of infective bacteriophage particles within a bacterial population. In contrast, not much is known about the mechanisms, by which BEVs inactivate phages and what is the fate of a bacteriophage once bound to a vesicle. In addition, although BEV production has been established as a major bacterial stress response, molecular details of vesiculation triggered during bacteriophage infection are not well understood and need more investigation. Using Salmonella as a model, we are working on these open questions. Our work will substantially advance the fundamental knowledge on how OMVs modulate phage-host coexistence.

Dissecting Siphovirus Genome Release at the Bacterial Envelope

Bacterial viruses (bacteriophages) shuttle their genomes into bacterial cells as a key initial step for the infection of hosts. Many bacteriophages use a tail for adsorption and DNA translocation to the host’s cytosol. Tailed phages combine core tail architectures with diversified infection modules, reflecting the different envelope compositions encountered on their wide range of bacterial hosts. Long, non-contractile tailed siphoviruses are a predominant tailed phage type. However, the nature of the infection signal these phages receive from the bacterial envelope is not well understood and needs more investigations. With total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy, and new Gram-negative model membrane set-ups, we will study siphovirus 9NA’s time-resolved genome release mechanism on a single particle level, and analyze the influence of Gram-negative membrane properties on successful infection initiation. Exploring the dynamics in bacteriophage-envelope interactions will advance our view on phage tail structure rearrangements, leading to genome release as a key step in the phage life cycle.

Group Members

Group leader: Prof. Dr. rer. nat. habil. Stefanie Barbirz
E-Mail: stefanie.barbirz@medicalschool-berlin.de | Online Profile: Google Scholar

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2023

  • Stephan, M. S., Dunsing, V., Pramanik, S., Chiantia, S., Barbirz, S., Robinson, T., & Dimova, R. (2023). Biomimetic asymmetric bacterial membranes incorporating lipopolysaccharides. Biophysical journal, 122(11), 2147–2161. https://doi.org/10.1016/j.bpj.2022.12.017
  • Hatlem, D., Christensen, M., Broeker, N. K., Kristiansen, P. E., Lund, R., Barbirz, S., & Linke, D. (2023). A trimeric coiled-coil motif binds bacterial lipopolysaccharides with picomolar affinity. Frontiers in cellular and infection microbiology, 13, 1125482. https://doi.org/10.3389/fcimb.2023.1125482
 

2022

  • Venturini, C., Petrovic Fabijan, A., Fajardo Lubian, A., Barbirz, S., & Iredell, J. (2022). Biological foundations of successful bacteriophage therapy. EMBO molecular medicine, 14(7), e12435. https://doi.org/10.15252/emmm.202012435

2021

  • Irmscher, T., Roske, Y., Gayk, I., Dunsing, V., Chiantia, S., Heinemann, U., & Barbirz, S. (2021). Pantoea stewartii WceF is a glycan biofilm-modifying enzyme with a bacteriophage tailspike-like fold. The Journal of biological chemistry, 296, 100286. https://doi.org/10.1016/j.jbc.2021.100286

Dr. rer. nat. Nina Bröker (Postdoc)
E-Mail: nina.broeker@hmu-potsdam.de

 

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2023

  • Hatlem, D., Christensen, M., Broeker, N. K., Kristiansen, P. E., Lund, R., Barbirz, S., & Linke, D. (2023). A trimeric coiled-coil motif binds bacterial lipopolysaccharides with picomolar affinity. Frontiers in cellular and infection microbiology, 13, 1125482. https://doi.org/10.3389/fcimb.2023.1125482

Dr. rer. nat. Alyssa Bergmann Borges (Postdoc)

 

 

M.Sc. Hanna Monks (Phd candidate (rer. nat.))

 

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