SPP 2141:  Weitaus mehr als nur Verteidigung: die vielen verschiedenen Funktionen des CRISPR-Cas Systems

• Fachliche Zuordnung: Medizin ; Biologie ; Geisteswissenschaften ; Mathematik
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 360987069

Im Rahmen dieses Schwerpunktes arbeiten 21 Gruppen zusammen, um neue Funktionen des CRISPR-Cas Systems, die nicht zur Verteidigung gegen fremde DNA dienen, zu identifizieren und zu charakterisieren. Das CRISPR-Cas System wurde vor über 10 Jahren als Immunabwehr der Prokaryoten entdeckt, heutzutage wissen wir aber, dass es auch andere Funktionen hat. Es wurde zum Beispiel gezeigt, dass das CRISPR-Cas System oder einzelne Komponenten davon, bei der DNA-Reparatur, der Regulation der Virulenz und dem "group behaviour" beteiligt sind. Bisher wurden diese zusätzlichen Funktionen nur zufällig entdeckt und es gab keine systematischen Ansätze, um diese Funktionen zu finden. In diesem Schwerpunktprogramm (SPP) sollen neue zusätzliche Funktionen des CRISPR-Cas Systems systematisch gesucht werden. Die durch die verschiedenen an diesem SPP beteiligten Gruppen erbrachte Synergie ist die Voraussetzung, um das Ziel, neue Funktionen zu finden und aufzuklären, effektiv zu erreichen. Die Teilnahme von erfolgreichen Wissenschaftlern aus verschiedenen Disziplinen, wie Mikrobiologie, Genetik, medizinische Mikrobiologie, Biochemie, Biophysik, Bioinformatik, Ökologie, Strukturbiologie, Molekulare Dynamik, Einzelmolekül-Lokalisationsmikroskopie und Einzelmolekül-Biochemie, macht diesen SPP interdisziplinär und garantiert den Erfolg dieses SPPs. Die neuen Funktionen des CRISPR-Cas Systems versprechen aufregende biologische Entdeckungen und überraschende Einsichten in neue Aktivitäten, die wiederum neue Forschungszweige eröffnen werden. Die beiden Schwerpunkte dieses SPP sind: (1) Die Identifizierung und Untersuchung neuer Funktionen des CRISPR-Cas Systems, die nicht der Verteidigung dienen. (2) Die Aufklärung der molekularen Mechanismen, die diesen neuen Funktionen unterliegen mit aktuellen, hochmodernen Methoden. Das Programm wird begleitet von einem "Public-Outreach"-Projekt, um der Öffentlichkeit die Wissenschaft, die hinter dem CRISPR-Cas System (und all seinen Funktionen und Anwendungsmöglichkeiten mit den kontroversen Punkten wie z.B. Genom-Editing beim Menschen) steht, verständlich zu vermitteln.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Internationaler Bezug: Großbritannien, Israel, Niederlande

Projekte

• Anti-Plasmid- und CRISPRi-Aktivität eines Typ IV-A CRISPR-Cas-Systems in Pseudomonas oleovorans (Antragsteller Randau, Lennart )
• Aufklärung der molekularen Mechanismen von Cas-Endonukleasen aus Bakterien und Cyanobakterien (Antragstellerin Schneider, Sabine )
• Charakterisierung von CRISPR-Cas-Systemen ohne Abwehrfunktion (Antragsteller Beisel, Chase )
• CRISPR-Cas Funktionen in der Stress-Antwort von Rhodobacter capsulatus (Antragstellerin Klug, Gabriele )
• CRISPR/Cas - "mehr als Abwehr" - Öffentlichkeitsarbeit (Antragstellerin Ziegler, Heike )
• CRISPR-Cas Systeme in Haloarchaea: Zusätzliche Funktionen, die nicht zur Verteidigung dienen (Antragstellerin Marchfelder, Anita )
• CRISPR vs. CRISPR - wie mobile CRISPR-Cas-Systeme mit Hostsystemen interagieren und diese manchmal ersetzen (Antragsteller Gophna, Ph.D., Uri )
• Cross-talk und Interaktion der CRISPR/Cas Systeme mit der zellulären regulatorischen Maschinerie in Cyanobakterien (Antragsteller Hess, Wolfgang R. )
• Das CRISPR/Cas-System in Neisseria meningitidis und sein potentieller Einfluss auf die Wirtszelladhäsion (Antragsteller Schoen, Christoph )
• Einzelmolekülanalyse nicht kanonischer Cas9 Ribonukleoprotein-Komplexe und Charakterisierung archaeeller solo-Cas4 Proteinvarianten (Antragstellerin Grohmann, Dina )
• Finden von Strukturen des CRISPR-Cas Systems mithilfe von tiefen neuronalen Netzen (Antragstellerin McHardy, Alice C. )
• Funktion und Evolution von archaeellen stand-alone Cas- und Cas-verwandten Anti-CRISPR-Genen (Antragstellerin Schmitz-Streit, Ruth Anne )
• Koordinationsfonds (Antragstellerin Marchfelder, Anita )
• Massenspektrometrische Proteom und Strukturelle Proteomikanalyse von CRISPR-Cas in Archaeen und Bakterien (Antragsteller Urlaub, Henning )
• Mechanismen und Funktionen der Bindung und Prozessierung von endogenen RNAs durch CRISPR-Cas9 in Campylobacter jejuni (Antragstellerin Sharma, Cynthia Mira )
• Metagenomisches Datamining zur Analyse von CRISPR/Cas-Systemen (Antragsteller Voß, Björn )
• Natürliche Funktionen von CRISPR-Cas Systemen in Cyanobakterien (Antragstellerin Wilde, Annegret )
• Populationsdynamik und Phylogenie von CRISPR Systemen in prokaryotischen Populationen (Antragsteller Baumdicker, Franz )
• Prävalenz, Bildung und Funktion von "fremden" CRISPR-RNAs ausgehend vom “extra repeat” von CRISPR-Arrays (Antragsteller Beisel, Chase ;  Weinberg, Ph.D., Zasha )
• RNA-Prozessierung und Aktivierung von Type IIIA CRISPR-Cas Systemen (Antragsteller Seidel, Ralf )
• Struktur und Mechanismus von CRISPR-Cas Typ IV Systemen (Antragsteller Bange, Gert )
• Untersuchung der Proteinorganization und -dynamik des Typ I-Fv CRISPR-Cas-Systems von Shewanella putrefaciens CN-32 mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung in lebenden Zellen (Antragstellerin Endesfelder, Ulrike )
• Z-Projekt “CRISPR Bioinformatik” (Antragsteller Backofen, Rolf )

• Sprecherin: Professorin Dr. Anita Marchfelder