Z-Projekt “CRISPR Bioinformatik”

• Antragsteller: Professor Dr. Rolf Backofen
• Fachliche Zuordnung: Bioinformatik und Theoretische Biologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405939317

Bioinformatik-Analysen haben in der Geschichte des CRISPR-Cas-Systems schon immer eine Schlüsselrolle gespielt. Die charakteristische Repeatstruktur von CRISPR-Arrays ist seit 1987 bekannt. Es dauerte aber bis in das Jahr 2005, als eine Bioinformatik-Analyse ergab, dass Spacer zu Bakteriophagengenomen passen, was zu der später bestätigten Hypothese führte, dass das CRISPR-Cas-System als Immunsystem funktioniert. Bioinformatik-Ansätze spielten auch eine wichtige Rolle bei der Entdeckung neuer Funktionen und Anwendungen. Ein Beispiel ist die in silico Detektion von endogene Ziele der CRISPR-Systemen, da in solchen Fällen ein endogener Regulierungsmechanismus vermutet wird. Das Auffinden von neuen und ungewöhnlichen CRISPR Elementen und Funktionen mit Hilfe von Bioinformatik-Analysen erfordern jedoch eine sorgfältige Definition der verschiedenen Standardelemente eines CRISPR Systems. Nur eine genaue und umfassende Klassifizierung kann die Erkennung von zwei vielen falschpositiven Elementen vermeiden, die nur aufgrund einer unvollständigen Erkennung aller Standardelemente als ungewöhnlich erscheinen.In diesem Projekt wollen wir die experimentellen Gruppen des SPP 2141 bei der Detektion neuer Funktionen für CRISPR-Systeme unterstützen, indem wir eine eine gründliche Klassifizierung für die wichtigsten Elemente des CRISPR-Systems anbieten. Diese Klassifizierungswerkzeuge werden dann in Zusammenarbeit mit den experimentellen Gruppen angewendet, um neue Elemente und Funktionen aufzufinden. In diesem Projekt werden wir neue und umfassende Klassifikationsansätze für die folgende Aufgaben erstellen und anwenden: 1.) CRISPR-Arrays und ihre zugehörigen Elemente wie Protospacer und PAM; 2.) Cas-Proteine und vollständige CRISPR-Systeme in genomischen und metagenomische Daten; und 3.) CRISPR-verwandte sRNAs wie tracRNA und scaRNAs. Wir werden die gesammelten Informationen verwenden um nach CRISPR-Systemen mit ungewöhnlicher Zusammensetzung zu suchen. Ein prominentes Beispiel dafür sind ``verwaiste'' Cas-Proteine und CRISPR-Arrays. Wir erwarten jedoch, insbesondere in metagenomischen Daten noch viele andere ungewöhnliche Kompositionen zu finden, da diese bisher nicht vollständig auf CRISPR-Systeme überprüft wurden. Darüber hinaus unterstützen wir die experimentellen Gruppen auch bei der Analyse von CRISPR-bezogenen NGS-Daten.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2141: Weitaus mehr als nur Verteidigung: die vielen verschiedenen Funktionen des CRISPR-Cas Systems