Auf dem Weg zur Kontrolle synthetischer Genexpressionsysteme durch Evolutionsanalyse und systematisches Promoterdesign.

• Antragsteller: Dr. Patrick Sobetzko
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Bioinformatik und Theoretische Biologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 419119108

Dank neuer Hochdurchsatz-Sequenzierungstechnologien und systematisierter Klonierungswerkzeuge entsteht gerade der Zweig genome engineering in der synthetischen Biologie.Das Design größerer DNA-Konstrukte stößt hierbei an eine Grenze der Vorhersagbarkeit. Komplexe Neuanordnungen von DNA, wie sie bei Minimalorganismen, genetischen Schaltkreisen, synthetischen Stoffwechselwegen und der Konstruktion ganzer Chromosomen auftreten, sind der synthetischen Mikrobiologie inherent.Die Entfernung von Genen aus ihrem natürlichen DNA Kontext hat vielerlei Folgen für die Gene.Eine wichtige Folge kann die Änderung der Expressionsstärke und der zeitlichen Dynamik der Genexpression sein. Dadurch können nachgeschaltete regulatorische Netze und Stoffwechselwege empfindlich gestört werden.Dies erschwert die Planung und Konstruktion komplexerer DNA Konstrukte.In diesem Projekt werden wir die Auswirkungen von Promotorsequenz und dessen Kontext auf die Promoterstärke und den zeitlichen Verlauf der Genexpression untersuchen. Dies wird zu einer besseren Vorhersagbarkeit von synthetischen konstrukten führen, aber auch Einblicke in die allgemeinen Regeln für Genregulation liefern.Um dieses Ziel zu erreichen, werden wir gentechnische und bioinformatische Ansätze kombinieren und modernste Verfahren aus der Genomik, Transkriptomik und der synthetischen Biologie einsetzen.Hierbei werden wir uns auf drei Ebenen konzentrieren:1) Die Untersuchung des Einflusses der Promotersequenz und dessen Kontext auf die zeitaufgelöste Genexpression.2) Die Untersuchung des Einflusses der wechselnden Genkopienzahl während verschiedener Wachstumsphasen auf das genregulatorische System. 3) Die Untersuchung der evolutiven Korrektur eines gestörten genregulatorischen Systems.Alle Ebenen werden dazu beitragen das allgemeine Verständnis von Genregulation zu verbessern. Daraus können wiederum Regeln für die Planung synthetischer Konstrukte vom einzelnen Gen bis zum vollständigen Chromosom abgeleitet werden.Darüberhinaus sind wir davon überzeugt, dass unsere erhobenen Daten für einen weiten Kreis von Wissenschaftlern interessant sein werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen