Gerichtete Evolution von TALE-Baseneditoren

• Antragsteller: Professor Dr. Jens Boch
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 511927729

Ziel dieses Projekts ist die Weiterentwicklung von Genom-Editierungswerkzeugen der nächsten Generation. TALE-Baseneditoren können präzise Veränderungen in der DNA lebender Zellen vornehmen. Ihr Vorteil gegenüber CRISPR-basierten Werkzeugen besteht darin, dass sie auch das Erbgut von Mitochondrien und Chloroplasten bearbeiten können, wodurch sich viele neue Möglichkeiten zur Behandlung humaner Erbkrankheiten und zur Entwicklung biotechnologisch hergestellter Pflanzen mit besseren Eigenschaften eröffnen. Außerdem können sie im Vergleich zu CRISPR-basierten Werkzeugen viel freier positioniert werden, um jede beliebige Zielregion zu bearbeiten. In einem ersten Schritt werden wir bestehende TALE-Baseneditoren charakterisieren und optimieren, indem wir verschiedene Architekturen verwenden, um präzise Änderungen nur an der gewünschten Ziel-Base der DNA zu ermöglichen. In einem zweiten Schritt werden wir neuartige Baseneditoren mit alternativen Enzymen entwickeln. Die derzeitigen TALE-Baseneditoren können nicht alle Ziel-Cytosinbasen editieren, da sie eine erweiterte Zielspezifität haben. Daher wollen wir Baseneditoren mit einer breiteren Zielspezifität entwickeln, um die derzeitigen Beschränkungen für die Anwendung dieser Genomeditierungswerkzeuge aufzuheben. Zu diesem Zweck wird ein alternatives Enzym, das eine optimale Sequenzspezifität aufweist, aber vorzugsweise auf einzelsträngige DNA wirkt, einer gezielten Evolution unterzogen, um Varianten zu entwickeln, die auch doppelsträngige DNA nutzen. Ein so entwickeltes Enzym wird uns helfen zu verstehen, wie diese Proteine ihr Zielsubstrat auswählen. Außerdem wird es die Entwicklung vielseitigerer neuer TALE- und CRISPR-Basen-Editoren ermöglichen und einem zukünftigen rationalen Design von Enzymen mit überlegenen Eigenschaften helfen. Schließlich werden wir TALE-Baseneditoren in Bakterien einsetzen, um ihre Effizienz und mögliche Off-Target-Aktivität zu charakterisieren. Bei diesem Ansatz werden wir gleichzeitig mehrere Virulenzgene in reis-pathogenen Bakterien inaktivieren. Dies wird es uns in Zukunft ermöglichen, die Funktion dieser Gene während der Infektion von Reis zu untersuchen und resistente Nutzpflanzen zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen