Bioinformatische Analyse von CRISPR-Elementen

• Antragsteller: Professor Dr. Rolf Backofen
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 192503913

Die meisten Archaeen und viele Bakterien besitzen ein Verteidigungssystem gegen eindringendes genetisches Material. Es basiert auf RNA und wird CRISPR-Cas-System genannt. Dieses Projekt hat das Ziel, das CRISPR-Cas-System mit Hilfe sehr fortschrittlicher Bioinformatik-Methoden besser zu verstehen bzw. genauer zu charakterisieren. Als Erstes werden wir eine vollautomatische Annotationspipeline für das CRISPR-Cas-System erstellen. Der Grund hierfür ist, dass es bisher ein großes Defizit an verwendbaren Annotationsansätzen gibt. Zusätzlich zu unserer automatischen Charakterisierung der CRISPR-Evolution (CRISPRmap) planen wir, eine Web-basierte Toolbox zu erstellen, die eine Vielzahl von Annotationsaufgaben vereint. Dazu zählt die Vorhersage der CRISPR Orientierung, der sogenannten Leader-Sequenz, und des CRISPR-Subtyps.Zum Zweiten wollen wir die von CRISPR erkannten Protospacer vorhersagen und dazugehörige PAM-Motife (protospacer-adjacent motif) ableiten. Unser Ziel ist es, zunächst eine Menge von Protospacern aus viralen Genomen und aus Metagenomen zu extrahieren. Danach werden wir zugehörige PAM-Muster identifizieren und analysieren. Die gefundenen PAM-Motife und ihre Eigenschaften werden dann durch zwei experimentelle Gruppen (Schmitz-Streit und Randau) validiert.Zum Dritten wollen wir die Eigenschaften entschlüsseln, die für eine effiziente Verarbeitung von CRISPR-Elementen in der Zelle notwendig sind. Diese Eigenschaften erweitern nicht nur unser Wissen über verschiedene Prozessierungsmechanism in CRIPSR-Systemen. Sie erlauben es uns auch, künstliche CRISPR-Elemente für Experimente zu erstellen. Hierbei werden wir den Effekt von Beschränkungen auf Sequenz- bzw Strukturebene mit Hilfe von Experimenten bestimmen, die durch die Gruppen von Hess und Marchfelder durchgeführt werden.Zum Vierten wollen wir in Kooperation mit Jörg Vogel/Nadja Heidrich und Emmanuelle Charpentier Typ II-Systeme besser charakterisieren, die eine nicht-kodierende RNA (tracrRNA) benötigen. Diese Systeme sind deshalb von besonderer Bedeutung, da sie im großen Stil zum Editieren von Genomen eingesetzt werden.

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