Ziel der Arbeit war es, eine Analysemethodik zu entwickeln und sowohl theoretisch als auch empirisch zu begründen, die eine ganzheitliche Beschreibung von HANDELN IM Alltagskontext ermöglicht und Rückschlüsse auf Entwicklungsprozesse und -resultate erlaubt. Verbindungen zwischen Alltagshandeln und Entwicklungsprozessen werden beispielhaft im Kontext der dynamischen Veränderungen innerer und äußerer Entwicklungskontexte im höheren Lebensalter expliziert.

Die Entwicklung des grampositiven Bodenbakteriums Streptomyces ist in einem komplexen Lebenszyklus koordiniert, bestehend aus drei Stufen: vegetativem Hyphenwachstum, Luftmycelbildung und Sporulation. C-di-GMP kontrolliert die Enwicklung über zwei Effektorproteine: dem Masterregulator BldD und dem Anti-Sigmafaktor RsiG. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass das membranständige GGDEF-EAL Protein CdgC eine wichtige aktive Diguanylatzyklase (DGC) in S. venezuelae ist. Chromosomale Deletion von cdgC führte zu einer flachen, gräulichen Koloniemorphologie mit radialen Stegen und hydrophiler Oberfläche sowie zu frühzeitiger Sporulation ohne Lufthyphenbildung. Phänotypische Analysen zeigten, dass die DGC-Aktivität von CdgC essentiell ist für dessen biologische Rolle und deuten auf einen zusätzlichen Protein-spezifischen morphologischen Effekt von CdgC hin. CdgC-FLAG akkumuliert im Laufe des Lebenszyklus und scheint BldD-abhängig über eine c-di-GMP vermittelte Feedbackschleife reguliert zu werden. Frühere RNA-seq Daten, verifiziert für repräsentative Gene mittels qRT-PCR, deuten eine differentielle Expression der Bestandteile des hydrophoben Mantels als Ursache der Lufthyphendefizienz an. Konfokalmikroskopische Aufnahmen des bakteriellen Tubulin-Homologons FtsZ deuten einen c-di-GMP-sensitiven Einfluss von CdgC auf die Koordination der Zellteilung an. Zudem konnte nachgewiesen werden, dass CdgC mit sich selbst sowie drei potentiellen Membranproteinen interagiert. Demnach trägt CdgC zur Koordination von Zellteilungs- und hydrophoben Zelloberflächenproteinen bei und beeinflusst damit c-di-GMP-abhängig den Zeitpunkt der Sporenbildung. Insgesamt führt diese Studie CdgC als GGDEF-EAL-Tandemprotein mit spezifischem Knockout- Phänotyp ein, der von seiner DGC-Aktivität sowie seinem Membrananker bestimmt wird. Zudem ist CdgC, als Reaktion auf eine noch unbekannte Signalübertragungskaskade, an der Koordinierung von Zeitpunkt und Verlauf der Sporulation ausschlaggebend beteiligt. / The proliferation of Gram-positive soil bacteria Streptomyces is temporally and genetically coordinated with a complex developmental life cycle, including three main stages of differentiation: vegetative hyphal growth, formation of aerial mycelium and sporulation. The key factor of Streptomyces developmental control is c-di-GMP with to-date two identified effector proteins: the master regulator BldD and the anti-sigma factor RsiG. In this thesis, the membrane-associated GGDEF-EAL protein CdgC, was identified as a major active diguanylate cyclase (DGC) in S. venezuelae. Deletion of cdgC results in the unique flat gray colony morphology with radial wrinkles and a hydrophilic surface, that shows enhanced sporulation without forming aerial hyphae. Phenotypic analyses suggest, that the DGC activity is essential for its biological role, but hint to an additional protein specific role. The protein levels of CdgC-FLAG were found to accumulate during the life cycle of S. venezuelae. Further investigation of CdgC-FLAG in a strain carrying a DNA-binding deficient BldD_D116A allele indicated, that BldD represses the expression of CdgC in a regulatory feedback loop along with the DGCs CdgA, CdgB and CdgE. RNA‐sequencing data indicated that reduced expression levels of the major compounds of the hydrophobic sheath result in the initiation of sporulation out of the vegetative mycelium and were verified for representative examples via qRT-PCR. Confocal microscopic imaging of the bacterial tubulin homolog FtsZ indicated a contribution of CdgC via its DGC activity in coordination of the cell division. In addition, BTH screenings revealed self-interaction and identified three membrane associated interaction partners. In conclusion, this study introduces the GGDEF-EAL tandem protein CdgC, whose specific knockout phenotype is governed by its DGC activity and membrane association. CdgC seems to drive timing and mode of sporulation in response to an unknown signal to a major extend.

Streptomyceten weisen einen komplexen Lebenszyklus auf, dessen Verlauf durch den sekundären Botenstoff Bis-(3´- 5´)-zyklisches dimeres Guanosinmonophosphat (c-di-GMP) und die c-di-GMP-Effektorproteine BldD und RsiG reguliert wird. Der Auf- bzw. Abbau von c-di-GMP wird von Diguanylatzyklasen (DGC) mit GGDEF-Domänen bzw. Phosphodiesterasen (PDE) mit EAL- oder HD-GYP-Domänen katalysiert. In S. venezuelae, einem Modellorganismus der Streptomyceten, konnten zehn potenziell c-di-GMP metabolisierende Enzyme identifiziert werden, von welchen mit RmdA und RmdB zwei GGDEF-EAL-Tandem-Proteine im Fokus dieser Arbeit stehen. Die chromosomale Deletion der für RmdA und RmdB kodierenden Gene führt zu einer ausgeprägten Verzögerung der Entwicklung in S. venezuelae. Mit Hilfe chromosomaler Mutationen konnten die EAL-Motive der EAL-Domänen als essenziell für die in vivo Funktion beider Proteine identifiziert werden. Beide Proteine zeigen in vitro PDE-Aktivität und RmdA konnte als bifunktionales Enzym charakterisiert werden, da es in vitro auch DGC-Aktivität aufweist. Mittels Nukleotidextraktionen konnte RmdB als Haupt-PDE in S. venezuelae identifiziert werden, welche über den gesamten Entwicklungsverlauf für den Abbau von c-di-GMP verantwortlich ist. Aber auch RmdA hat während des Übergangs von der vegetativen zur reproduktiven Wachstumsphase Einfluss auf die globale zelluläre c-di-GMP Konzentration. Durchgeführte Transkriptomanalysen und qRT-PCR-Experimente ergaben, dass in den Deletionsmutanten die Expression einiger wichtiger entwicklungsspezifischer Gene im Vergleich zum Wildtyp herunterreguliert ist. Dies ist vermutlich auf die erhöhten c-di-GMP Konzentrationen in den Deletionsmutanten zurückzuführen, wodurch die Aktivität der c-di-GMP-Effektorproteine BldD und RsiG beeinflusst wird und die verzögerte Entwicklung der Deletionsmutanten erklärt werden kann. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass RmdB mit dem Sigmafaktor der Sporulation, WhiG, interagieren kann. / Streptomycetes show a complex life cycle. The transition between the different developmental stages is regulated by the secondary messenger bis- (3´- 5´) -cyclic dimeric guanosine monophosphate (c-di-GMP) and the c-di-GMP effector proteins BldD and RsiG. c-di-GMP is synthesized by diguanylate cyclases (DGCs) with GGDEF domains, and its degradation is catalyzed by phosphodiesterases (PDE) with EAL or HD-GYP domains. In S. venezuelae, the Streptomyces strain which was used as a model organism in this work, there are ten potentially c-di-GMP metabolizing enzymes, of which two GGDEF-EAL tandem proteins, RmdA and RmdB, are the focus of this work. The deletion of the genes coding for RmdA and RmdB leads to a pronounced developmental delay in S. venezuelae. With the help of chromosomal mutations, the EAL motif was identified as essential for the in vivo function of RmdA and RmdB. Furthermore, both proteins were characterized in vitro as active PDEs and RmdA as a bifunctional enzyme, which also showed DGC activity. RmdB was identified as the master PDE in S. venezuelae by means of nucleotide extraction and is responsible for the hydrolysis of c-di-GMP over the course of development investigated. Also RmdA has an influence on the global cellular c-di-GMP concentration during the transition from the vegetative to the reproductive growth phase. A transcriptome analysis, qRT-PCR experiments and related follow-up experiments showed that the deletion of rmdA and rmdB leads to a differential expression of genes which code for important development-specific factors and regulators. This is presumably due to the increased c-di-GMP concentrations in the deletion mutants, with the c-di-GMP effector proteins BldD and RsiG delaying the transition to the next growth phase. Furthermore, it could be shown that RmdB can interact with the sigma factor of sporulation, WhiG.

Ziel der Arbeit war es, eine Analysemethodik zu entwickeln und sowohl theoretisch als auch empirisch zu begründen, die eine ganzheitliche Beschreibung von HANDELN IM Alltagskontext ermöglicht und Rückschlüsse auf Entwicklungsprozesse und -resultate erlaubt. Verbindungen zwischen Alltagshandeln und Entwicklungsprozessen werden beispielhaft im Kontext der dynamischen Veränderungen innerer und äußerer Entwicklungskontexte im höheren Lebensalter expliziert.