Erforschung des prokaryotischen Immunsystems

• Antragstellerin: Professorin Dr. Anita Marchfelder
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 192503913

Prokaryoten haben eine Vielzahl von verschiedenen Abwehrmechanismen entwickelt, um sich gegen fremde Angreifer zu wehren. Eine dieser Verteidigungsstrategien ist das CRISPR-Cas System, das in fast allen Archaeen und fast der Hälfte der Bakterien vorkommt. Viele Details dieser Abwehrreaktion sind noch nicht bekannt, und wir wissen sehr wenig über den Anpassungsprozess. Während einige Varianten des CRISPR-Cas Systems gut untersucht worden sind, gibt es über viele der Subtypen gar keine oder sehr wenige Erkenntnisse (z.B. Subtyp I-D). In der vorherigen Antragsperiode war es unser Ziel, das System in drei verschiedenen Bakterien und vier verschiedenen Archaeen in einem gemeinsamen Projekt mit biochemischen, genetischen und bioinformatischen Ansätzen und mithilfe der Strukturbiologie zu untersuchen. Das gesetzte Ziel haben wir dabei erreicht: Cas Proteine von sieben verschiedenen Prokaryoten wurden isoliert und charakterisiert, Strukturen von Cas Proteinen wurden aufgeklärt, die in vivo Funktionen von Cas Proteinen wurden mithilfe von Deletionsstämmen untersucht und die CRISPR RNAs sowie die Herstellung der crRNAs wurden analysiert. Obwohl das CRISPR Gebiet sehr kompetitiv ist und sich sehr schnell entwickelt, konnten sich die FOR-Gruppen im Gebiet sehr gut etablieren und hohe Sichtbarkeit zeigen, was auch in der Anzahl der Publikationen reflektiert ist: 52 Publikationen der FOR-Gruppen von Anfang 2012 bis April 2014.Für die nächste Antragsperiode will die FOR vier Schwerpunkt-Ziele verfolgen:(i) Die Struktur von Cas Proteinkomplexen in den verschiedenen bakteriellen und archaealen System sollen analysiert werden. Hier können wir auf die Ergebnisse der ersten Förderperiode aufbauen, in der Cas Protein-Komplexe erfolgreich isoliert wurden. Wir werden schwerpunktmäßig die Subtypen I-B und I-D sowie III-B und III-C analysieren.(ii) Die Interaktion zwischen Cas Protein und dem PAM Motiv soll untersucht werden. Es sollen alle PAM Motive der verschiedenen System und Organismen bestimmt werden und die Wechselwirkung zwischen den Cas Proteinen und dem PAM Motiv soll untersucht werden.(iii) Der Adaptationsprozess soll eingehend untersucht werden und weitere Viren für die untersuchten Organismen sollen gefunden werden. Wir werden den bisher am wenigsten untersuchten Schritt der Adaptation in verschiedenen Organismen genau untersuchen, um die molekularen Details aufzuklären. Für diese Studien wollen wir auch weitere Viren isolieren, um eine Infektion und die Zellantwort darauf zu untersuchen.(iv) Als letztes wollen wir erste Schritte für Anwendungen des Systems unternehmen. Das zentrale Protein des Typs II, das Cas9 Protein, soll für die Anwendungen im Genome Editing optimiert werden. Weiterhin sollen phagenresistente Cyanobakterien entwickelt werden, die dann in der Biofuel Produktion eingesetzt werden können. Als drittes wollen wir ein CRISPRi System für Gene- Knock-Down Experimente in Archaeen entwickeln.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1680: Unravelling the prokaryotic immune system