Funktionelle Analyse von Shewanella putrefaciens Typ I-Fv und Aromatoleum aromaticum Typ IV CRISPR-Cas Ribonukleoproteinkomplexen

Leitung: Lennart Randau

Mitarbeiter: NN

Standort: Philipps-Universität Marburg

Kurzbeschreibung des Projekts:

Die Arbeitsgruppe von Lennart Randau untersucht (unter anderem) ein sehr seltsames CRISPR-Cas System, den sogenannten Typ IV, den es in einigen Bakterien gibt. Das „Haustier“ der Randau-Gruppe ist Aromatoleum aromaticum, ein Bakterium, das erstmals Aufmerksamkeit gefunden hat, weil es Abfallstoffe aus der Petrochemie abbauen kann. Aber das ist hier nicht der Fokus.

Das Typ IV System besteht aus dem üblichen CRISPR-Array, der Sequenzen für die kleinen crRNAs enthält und einer Reihe von Cas-Proteinen, den üblichen Arbeitspferden zur Virusabwehr. Aber im Typ IV fehlen zwei dieser Arbeitspferde: das Adaptationsmodul ist normalerweise dafür zuständig, ein Stück DNA aus einem angreifenden Virus herauszuschneiden und als „Steckbrief“ für weitere Angriffe in den CRISPR-Array einzubauen. Das Adaptationsmodul bzw. wesentliche Teile davon gibt es im Typ IV nicht. Mindestens ebenso ungewöhnlich ist das Fehlen der Nuklease, die den Angreifer zerschneidet (in den Typ II Systemen ist das die berühmte Cas9 Nuklease). Es gibt aber einen „zahnlosen“ Effektorkomplex aus mehreren Proteinen, der durch eine crRNA an eine Zielsequenz geleitet wird. Welche Funktion dieser Effektor dort hat, weiß man aber nicht. Das herauszufinden, ist ein Projekt der Arbeitsgruppe und sie wollen vor allem die sogenannten R-Loops untersuchen. Das sind die Strukturen, an denen der Doppelstrang der Ziel-DNA geöffnet wird und die crRNA an ihre passende Sequenz bindet. Das wird durch die Effektorproteine vermittelt, die aber dann einfach nur da sitzen und anscheinend nichts tun.

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Abb. 1: R-Loop aus Ziel-DNA, crRNA und Effektorkomplex

Es ist sehr unwahrscheinlich, dass sie einfach nur „zum Spaß“ dort sitzen. Im Laufe der Evolution wäre ein so aufwändiger Apparat längst abgeschafft worden, wenn er für nichts nützlich ist. Und es gibt dieses „nutzlose“ System ja auch nicht nur in Aromatoleum aromaticum, sondern auch in vielen anderen Bakterien. Zunächst bleibt also die große Frage, wofür die Typ IV CRISPR-Cas Systeme dienen.

Weitere Literatur: Pinilla-Redondo et al. (2020) und Özcan et al. (2019)

 

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