Ein Marburger Forschungsteam charakterisiert das letzte – noch kaum beschriebene – CRISPR-Cas-System eines Bakteriums. Es sei eher eine Gen-Hemmung statt eine Gen-Schere.
\nDas Bodenbakterium „Pseudomonas oleovorans“ nutzt ein nat\u00fcrliches CRISPR-Cas-System, das zur Steuerung der Genaktivit\u00e4t taugt. Das berichtet eine Forschungsgruppe aus der Biologie und Chemie der Philipps-Universit\u00e4t, die den letzten bislang kaum beschriebenen Typus bakterieller CRISPR-Cas-Systeme charakterisiert hat. Das Team publizierte seine Ergebnisse im Fachblatt „Nature Microbiology“.
\nCRISPR-Cas-Anwendungen dienen seit wenigen Jahren zur gezielten Ver\u00e4nderung der Erbsubstanz DNA; im Jahr 2020 erhielten die Molekularbiologinnen Emmanuelle Charpentier und Jennifer Doudna den Nobelpreis f\u00fcr Medizin und Physiologie f\u00fcr die Entdeckung des „Genome Editing“ mittels CRISPR-Cas.
\n„Urspr\u00fcnglich kommen CRISPR-Cas-Systeme in Mikroorganismen vor, die sich damit gegen eingedrungene DNA oder RNA zur Wehr setzen, insbesondere gegen Viren“, erkl\u00e4rte der Marburger Genetiker Prof. Dr. Lennart Randau, der die Forschungsarbeit leitete. „Bislang unterscheidet die Wissenschaft sechs Typen von CRISPR-Cas-Systemen.“
\nDie meisten dieser Systeme bestehen aus gut charakterisierten Molek\u00fclen; lediglich Typ IV gab bislang noch R\u00e4tsel auf, die seine naturw\u00fcchsige Aktivit\u00e4t in Bakterienzellen betreffen.+
\n„\u00dcbersichtsarbeiten \u00fcber CRISPR-Cas-Systeme enthalten in der Regel nur Fragezeichen, wenn es um die grundlegenden Eigenschaften von Typ IV geht“, erl\u00e4uterte der Marburger Genetiker Xiaohan Guo. Seine Doktorarbeit fertigt er in Randaus Labor an. Zudem firmiert er als einer der Erstautoren der aktuellen Ver\u00f6ffentlichung.
\nWie funktioniert Typ IV in seiner nat\u00fcrlichen Umgebung in der Bakterienzelle? F\u00fcr welche Aufgabe ist das System angelegt? Wie ist das Ausgangsmaterial beschaffen, an dem es ansetzt?
\nBesteht das Substrat aus doppelstr\u00e4ngiger DNA, aus DNA-Einzelstr\u00e4ngen oder aus RNA? Schneidet das CRISPR-Cas-System dieses Substrat? Nutzt es dazu eine bekannte Erkennungssequenz, an das es koppelt?
\nUm der Beantwortung dieser Fragen n\u00e4her zu kommen, nahmen Randau und sein Team das CRISPR-Cas-System von Typ IV eines weit verbreiteten Bakteriums unter die Lupe. Dabei handelt es sich um „Pseudomonas oleovorans“. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verfolgten die Aktivit\u00e4t des CRISPR-Cas-Systems im urspr\u00fcnglichen Wirt, verpflanzten es aber auch in das Bakterium „Escherichia coli“, das besonders gut zug\u00e4nglich f\u00fcr Laborexperimente ist.
\nDas Team fand heraus, dass Typ IV auf doppelstr\u00e4ngige DNA als Substrat zielt. Das CRISPR-Cas-System ben\u00f6tigt eine wohldefinierte Erkennungssequenz, die man auch von den anderen Typen kennt. Es schneidet die DNA jedoch nicht.
\nWenn das System nicht als Schere dient, also eingedrungenes Erbmaterial nicht zerschneiden kann – welche Funktion erf\u00fcllt es stattdessen? Wie die Forschungsgruppe feststellte, taugt Typ IV-CRISPR-Cas eher dazu, die Aktivit\u00e4t der eigenen Pseudomonas-Gene zu kontrollieren.
\n„Im Vordergrund des Manuskripts steht unsere Entdeckung, dass ein Teil des CRISPR-Cas-Systems perfekt zu einer Zielsequenz im Genom von Pseudomonas passt“, f\u00fchrte Randaus Doktorandin Mariana Sanchez-Londono aus, die sich mit Xiaohan Guo die Erstautorenschaft teilt. Aus ihrem Befund leiten die Autorinnen und Autoren ein Funktionsmodell ab: Demzufolge legen sich die zueinander passenden Abschnitte aneinander, so dass die Bakterien-DNA an dieser Stelle nicht abgelesen und umgesetzt werden kann.
\nEntfernt man den entsprechenden Abschnitt k\u00fcnstlich aus dem CRISPR-Cas-System, so blockiert er das Gegenst\u00fcck im Bakteriengenom nicht, was zu einer verst\u00e4rkten Aktivierung des Gens an dieser Stelle f\u00fchrt. „Es handelt sich um eine Art nat\u00fcrliches Werkzeug, um die Genaktivit\u00e4t stillzulegen“, schlussfolgerte Randau.
\nRandau lehrt Genetik am Fachbereich Biologie der Philipps-Universit\u00e4t. Dort leitet er die Arbeitsgruppe zu Prokaryotischer RNA-Biologie. Er geh\u00f6rt dem Marburger „LOEWE“-Forschungszentrum „Synmikro“ an.
\nNeben Randaus Team beteiligten sich Prof. Dr. Peter Graumann und Mitarbeiter vom Fachbereich Chemie der Philipps-Universit\u00e4t an der Ver\u00f6ffentlichung. Die Deutsche Forschungsgemeinschaftn (DFG), die Max-Planck-Gesellschaft und der Marburger Schwerpunkt „Diffusible Signals“ des hessischen Landesexzellenzprogramms „LOEWE“ haben die zugrundeliegende Forschungsarbeit finanziell gef\u00f6rdert.<\/p>\n
* pm: Philipps-Universit\u00e4t Marburg<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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