CRISPR vs. CRISPR - wie mobile CRISPR-Cas-Systeme mit Hostsystemen interagieren und diese manchmal ersetzen

• Antragsteller: Professor Dr. Uri Gophna
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405782890

CRISPR-Cas-Systeme sind mikrobielle Immunsysteme, die ein Immungedächtnis verwenden, das an bestimmten Stellen des Genoms, auf DNA-Spacern in den sogenannten CRISPR-Arrays, kodiert ist, um mobile genetische Elemente wie Viren zu identifizieren und zu zerstören. Paradoxerweise sind jedoch viele CRISPR-Cas-Systeme sowohl in Bakterien als auch in Archaeen selbst auf mobilen genetischen Elementen kodiert. Dies kann zu einem Konflikt führen, wenn das CRISPR-Cas-haltige mobile Element in eine Zelle eintritt, in der bereits ein CRISPR-Cas-System vorhanden ist. Solche Konflikte in Archaeen können sogar zwischen Systemen desselben Typs auftreten, die dann die CRISPR-Arrays des jeweils anderen für ihre Aktivität verwenden können. Die Kompatibilität zwischen zwei Systemen in derselben Zelle kann dann zu einem gewissen Grad an Redundanz führen, was zum Verlust eines Satzes der CRISPR-assoziierten (cas) Gene führen kann, während das wertvolle Immungedächtnis beider Systeme (ihrer CRISPR-Arrays) erhalten bleibt.In diesem Antrag werden wir experimentell Konfliktszenarien zwischen CRISPR-Cas-Systemen testen und analysieren, wie ein überlebendes Systems die Arrays nutzen kann, die von dem verlorenen System zurückgelassen wurden. Wir werden CRISPR-Cas-Invasionsereignisse im Labor nachbilden und die Dynamik von CRISPR-Cas-Konflikten mithilfe experimenteller Evolution verfolgen. Dies wird unter Verwendung eines archaealen Virus durchgeführt, das in das Genom des Haloferax lucenetense-Stammes integriert ist und ein CRISPR-Cas System kodiert. Haloferax lucenetense enthält ein zusätzliches CRISPR-Cas-System, das an anderer Stelle in seinem Genom kodiert ist.

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