Das CRISPR/Cas-System in Neisseria meningitidis und sein potentieller Einfluss auf die Wirtszelladhäsion

• Antragsteller: Professor Dr. Christoph Schoen
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405974664

Neisseria meningitidis sind kommensale Bakterien des menschlichen Nasopharynx, die gelegentlich auch lebensbedrohliche Infektionen des Menschen verursachen können und eine weltweit führende Ursache einer Sepsis und bakteriellen Meningitis darstellen. Trotz erheblicher Bemühungen, "klassische" Virulenzgene in Meningokokken zu identifizieren, ist die genetische Grundlage für die Virulenz dieser „kommensalen Pathogene“ bisher nur sehr unvollständig verstanden. In einer genomweiten Assoziationsstudie konnten wir eine Assoziation des Meningokokken-Typ-II-C-CRISPR/Cas-Systems mit Trägerstämmen nachweisen, der zufolge das CRISPR/Cas-System als ein "Anti-Virulenz" -System funktionieren könnte. Ferner konnten wir zeigen, dass das Typ-II-C-CRISPR/Cas-System von Meningokokken das kompakteste bisher beschriebene CRISPR/Cas-System darstellt und den horizontalen Gentransfer in N. meningitidis effizient einschränkt.In diesem Antrag wollen wir genetische, Zellkultur-, biochemische und RNA-Sequenzierungsverfahren kombinieren, um die Rolle des CRISPR/Cas-Systems in der Interaktion von Meningokokken mit menschlichen Nasopharynx-Epithelzellen, einen zentralen Schritt in der Pathogenese von Meningokokkeninfektionen, näher zu untersuchen. So zeigen unsere vorläufigen Daten, dass Knock-out-Stämme, denen das Cas9-Protein fehlt, in der Adhäsion an humane Detroit 562-Nasopharynxzellen beeinträchtigt sind, was darauf hindeutet, dass das CRSIPR/Cas-System in Meningokokken die Expression von Genen für wichtige Adhäsine regulieren könnte. Um unsere vorläufigen Daten zu bestätigen und neue Einblicke in das Zusammenspiel zwischen dem Typ II-C CRISPR/Cas-System und der Interaktion zwischen Meningokokken und humanen Epithelzellen zu erhalten, wollen wir daher zum einen untersuchen, auf welche Weise das CRISPR/Cas System die Adhäsion von N. meningitidis an menschliche Nasopharynx-Epithelzellen beeinflusst. Zum anderen wollen wir weitere Interaktionspartner von Cas9 in N. meningitidis jenseits der "klassischen" CRISRP/Cas-Systemkomponenten identifizieren. Um die Interaktion des CRISPR/Cas-Systems mit bekannten Faktoren der Meningokokken-Wirtszellinteraktion zu untersuchen, sollen funktionelle Assays zur Zelladhäsion, Kapselexpression, Biofilmbildung, bakteriellen Motilität und DNA-Transformation durchgeführt werden unter Verwendung bereits etablierter CRISPR/Cas-System-Knockout-Mutanten und entsprechend komplementierter Stämme in Kombination mit Deletions-Mutationen in ausgewählten Adhäsingenen. Diese hypothesengetriebenen Experimente sollen durch hypothesengenerierende Ansätze ergänzt werden einschließlich biochemischer und RNA-Sequenzierungstechnologien wie RNA-Seq und CLIP-Seq.Das Projekt soll zur Identifizierung neuer Funktionen des CRISPR/Cas-Systems jenseits seiner etablierten Rolle bei der Abwehr von Fremd-DNA und damit zu einem erweiterten Verständnis der biologischen Rolle des CRISPR/Cas-Systems in humanpathogenen Bakterien beitragen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2141: Weitaus mehr als nur Verteidigung: die vielen verschiedenen Funktionen des CRISPR-Cas Systems
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. Rolf Backofen; Dr. Vladimir Pelicic; Professorin Dr. Alexandra Schubert-Unkmeir; Professor Dr. Jörg Vogel