Synthetische Riboswitches: Design von multi-Ligand Schaltern und neuartigen regulatorischen Prinzipien

• Antragsteller: Professor Dr. Mario Mörl; Professor Dr. Peter Florian Stadler
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 227071580

Im Gebiet der Synthetischen Biologie spielen artifizielle regulatorische Netzwerke eine zentrale Rolle. Vor allem RNA-basierte Regulation der Genexpression ist eine vielversprechende Anwendung, die eine vielseitige Kontrolle des Zellverhaltens erlaubt. Aufgrund ihres modularen Aufbaus und der einfachen Manipulationsmöglichkeiten sind regulatorische RNA-Elemente wie Riboswitches von besonderem Interesse. So konnten auch wir bereits zeigen, dass funktionsfähige Riboswitches zur Transkriptions- und Translationsregulation am Computer Modell-basiert designt werden können. Bisher beschränken sich solche Ansätze - wie auch natürlich vorkommende Riboswitches - auf die Detektion eines einzigen Liganden. Wir wollen nun untersuchen, wie komplexere Sensoraufgaben durch Kombinationen mehrerer Aptamere implementiert werden können. Hierzu werden Aptamer-Domänen so kombiniert, dass das Transkript je nach Kombination der vorhandenen Liganden verschiedene alternative Strukturen ausbildet, die die regulatorischen Aktuator-Elemente in wohldefinierter Weise beeinflussen. Die in silico Vorhersagen sollen experimentell getestet und sowohl qualitativ wie auch quantitativ analysiert werden. Der iterative Prozess von Computer-basierten Vorhersagen und Labor-Analysen wird zu einem kontinuierlichen Verbessern der Vorhersagequalität des Algorithmus und der Regulationseffizienz der erzeugten Riboswitches führen. Durch den Einsatz verschiedener Aptamer-Elemente in diesen Konstrukten wollen wir ein universell verwendbares Verfahren entwickeln, um artifizielle Riboswitches mit nicht-trivialer Sensorlogik zu entwickeln und dies auch auf weitere Regulationsebenen wie tRNA-Prozessierungsreaktionen ausdehnen. Parallel dazu soll nutzerfreundliche Software entwickelt werden, mit der derartige Designaufgaben bequem bewerkstelligt werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen