Chlamydia trachomatis is a Gram-negative, obligate intracellular pathogen that is the causative agent of sexually transmitted infections and the ocular disease trachoma. Chlamydia trachomatis undergoes a biphasic developmental cycle differentiating between the infectious elementary body (EB) and the replicative reticulate body (RB). Under certain stress conditions, C. trachomatis can stall its developmental cycle and enter an aberrant state termed persistence. While in a persistent state, C. trachomatis is refractory toward antibiotics, can evade the host immune response, and becomes undetectable using standard clinical detection methods. Environmental and other pathogenic microbes are known to utilize partner switching mechanisms (PSM) to regulate sigma factors used to initiate a stress response. For this reason, this study focuses on the chlamydial PSM, its role in regulating the availability of the housekeeping sigma factor σ66, and its role in the developmental cycle and stress response of C. trachomatis. The chlamydial PSM is composed of five known proteins: the anti-sigma factor RsbW, two anti-anti-sigma factors RsbV1 and RsbV2, a regulatory phosphatase RsbU, and a second phosphatase-like protein CTL0852. In order to test the role of the PSM in the chlamydial stress response, a panel of C. trachomatis rsbV1 mutants were generated, persistence inducing iron starvation and tryptophan starvation cell culture conditions were optimized, and growth of the rsbV1 mutants under iron starvation conditions were assayed. No significant differences were seen between rsbV1 mutants under iron starvation nor recovery conditions as determined by progeny production and inclusion size analysis. Furthermore, this study generated PSM protein producing Escherichia coli strains for in vitro protein work and performed operon mapping of the PSM genes of C. trachomatis to help aid in future studies of the chlamydial PSM by facilitating the development of new chlamydial PSM mutants. This study gives phylogenetic support to the classification of ctl0852 as a chlamydial PSM gene by comparing relative mutations rates of PSM genes across chlamydial species.

Partner-switching regulatory systems (PSRSs) are utilized by many different bacteria to regulate a wide array of cellular responses, from stress response to expression of virulence factors. The filamentous cyanobacterium Nostoc punctiforme can transiently differentiate motile filaments, called hormogonia, in response to various changes in the environment. Hormogonia utilize a Type IV pilus (T4P) complex in conjunction with a secreted polysaccharide for gliding motility along solid surfaces. This study identified three genes, designated hmpU, hmpW, and hmpV, encoding the protein components of a PSRS involved in regulation of hormogonium motility in N. punctiforme. Although mutant strains with in-frame deletions in hmpU, hmpW, and hmpV differentiated morphologically distinct hormogonium-like filaments, further phenotypic analysis demonstrated significant distinctions among the strains. The ∆hmpW strain contained a higher percentage of motile filaments that moved faster than the wild-type strain, while the ∆hmpU and ∆hmpV strains consisted of fewer motile filaments that moved at a slower rate compared to wild type. Immunoblotting and immunofluorescence of PilA, the major component of the pilus in the T4P system, showed that although all mutant strains appeared to express similar levels of PilA protein, the ∆hmpU and ∆hmpV strains displayed reduced extracellular PilA. Lectin blotting and staining with fluorescently-labeled UEA lectin demonstrated a decrease in extracellular hormogonium polysaccharide in the ∆hmpU and ∆hmpV strains, consistent with the current understanding that the polysaccharide is secreted via the T4P system. Epistasis analysis demonstrated that the ∆hmpW, ∆hmpV double-deletion mutant strain displayed reduced spreading in plate motility assays, similar to the ∆hmpV single mutant. Together, these results support a model in which the HmpU phosphatase and HmpW serine kinase control the phosphorylation state of the HmpV protein, modulating its activity on a downstream target to ultimately promote activation of the T4P motor complex and enhance hormogonium motility.

Kooperatives Verhalten lässt sich in vielen Bereichen menschlichen Zusammenlebens sowie im gesamten Tierreich beobachten. In evolutionären Modellen wurde gezeigt, dass Netzwerkstrukturen die Kooperation erhöhen können. Empirische Studien versuchten vergeblich diesen Mechanismus auch bei Menschen nachzuweisen. Es scheint, als würden Netzwerke nur dann die Kooperation erhöhen, wenn die Strukturen nicht statisch sind, sondern dynamisch. Das heißt, dass die Individuen die Möglichkeit haben, ihre Partner zu wechseln. Eine wichtige – aber bislang unerforschte – Eigenschaft dynamischer Netzwerke ist jedoch, dass derartige Wechsel von Partnern in der Regel Kosten verursachen, ob in Form von Zeit oder Ressourcen. Kapitel I meiner Arbeit schließt diese Lücke, in dem es sich mit den Effekten von Kosten auf dynamischen Netzwerken befasst. Ich konnte nachweisen, dass Menschen seltener Interaktionen mit Partnern beendeten, wenn die Kontaktaufnahme mit einem neuen Partner mit Kosten verbunden war. Bei sehr hohen Kosten, wurden Partner so selten gewechselt, dass das Netzwerk fast statisch war. Interessanterweise blieb die Kooperation dennoch sehr hoch. Das bedeutet, dass für kooperatives Verhalten entscheidend ist, ob man die Möglichkeit hat, Partner zu wechseln. Im Gegensatz zu bisherigen Annahmen ist es daher nicht wichtig, wie oft tatsächlich Partner gewechselt werden, sondern lediglich ob es die Möglichkeit dazu gibt. In Kapitel II beschäftige ich mich mit optimalem Entscheidungsverhalten. Im sogenannten Judge-Advisor-System geht es darum, dass eine Person, der Judge, eine unbekannte numerische Größe schätzen will. Dazu erhält der Judge eine zweite unabhängige Schätzung als Rat von einer zweiten Person, des Advisor. Schließlich ist die Frage, wie der Judge optimal den Rat verwerten kann um seine Anfangsschätzung zu verbessern. Bisherige Forschung konzentrierte sich hauptsächlich auf zwei mögliche Methoden, (i) das Bilden des Mittelwerts und (ii) das Wählen der besseren Anfangsschätzung. Das Hauptargument für diese einfachen Methoden ist deren häufige Verwendung in bisherigen Experimenten. Allerdings wurden sehr wohl auch andere Gewichtungen beobachtet und daher ist eine gründliche Analyse der optimalen Gewichtung erforderlich. In der vorliegenden Arbeit leitete ich ein normatives Modell her, das beschreibt, unter welchen Bedingungen welche Methode das bestmögliche Ergebnis liefert. Es wurden drei Methoden verglichen: (i) das Bilden des Durchschnitts, (ii) das Wählen der besseren Anfangsschätzung, und (iii) das Bilden eines gewichtetet Mittelwerts, wobei das Gewicht vom Kompetenzunterschied abhängt. Welche Methode optimal ist, hängt davon ab, wie groß der Kompetenzunterschied ist und wie gut er vom Judge erkannt wird. Die Durchschnittbildung ist immer dann vorteilhaft, wenn der Kompetenzunterschied nicht groß ist, oder nur schwer richtig eingeschätzt werden kann. Wenig überraschend lohnt sich das Wählen der besseren Anfangsschätzung, wenn der Kompetenzunterschied hinreichend groß ist, vorausgesetzt es wird tatsächlich die bessere Anfangsschätzung gewählt. Wenn der Kompetenzunterschied vom Judge gut eingeschätzt werden kann, ist eine Entsprechende Gewichtung immer die beste Methode, unabhängig vom tatsächlichen Unterschied. In Übereinstimmung mit bisheriger Forschung wurde auch die Kombination von Durchschnittbildung und Wählen der besseren Anfangsschätzung untersucht. Diese Kombinationsmethode beruht darauf, bei als gering eingeschätztem Kompetenzunterschied den Durchschnitt zu bilden und ansonsten die bessere Anfangsschätzung zu wählen. Interessanterweise schneidet diese Kombinationsmethode sehr schlecht ab, was hauptsächlich daran liegt, dass zu oft die falsche Anfangsschätzung genommen würde. Insgesamt ist das gewichtete Mittel also eine geeignete Methode für einen großen Parameterbereich.