Leitung: Gabriele Klug
Mitarbeit: NN
Standort: Institut für Mikrobiologie und Molekularbiologie, Universität Gießen
Kurzbeschreibung des Projekts:
Bakterien sind sehr klein – das weiß jeder. Sie können zwar über chemische Signale miteinander „reden“, bilden aber meistens keine größeren Zellverbände, die sie vor der Umwelt schützen. Sie müssen sich deshalb schnell an Veränderungen anpassen, um zu überleben und sich zu vermehren.
Zu heiß, zu kalt, zu viel, zu wenig Licht, Salz oder eine ungewöhnliche Nahrungsquelle – all das verursacht für ein Bakterium Stress – nicht viel anders als bei uns. Und Stress kann die Vermehrung verhindern oder sogar zum Tode führen.
Bakterien haben viele Mechanismen entwickelt, um Stress zu vermeiden, sich vor stressbedingten Schäden zu schützen oder diese zu reparieren. Molekulare Prozesse auf Ebene der RNA tragen dazu bei, mit dem Stress fertig zu werden. CRISPR-Cas-Systeme scheinen dabei eine Rolle zu spielen.
Wir arbeiten mit dem Bakterium Rhodobacter sphaeroides, das sehr unterschiedliche Stoffwechselwege nutzen kann, um Energie aus Nahrungsquellen zu bekommen. Es kann auch Photosynthese betreiben, also die Energie aus dem Sonnenlicht nutzen. Dabei wird aber, im Gegensatz zur Photosynthese der Pflanzen, kein Sauerstoff gebildet. Die Nutzung des Sonnenlichts ist einerseits ein großer Vorteil, andererseits birgt sie auch eine große Gefahr. Bei gleichzeitiger Anwesenheit von Licht, Sauerstoff und Bacteriochlorophyll entstehen aggressive Moleküle, sogenannte „reaktive Sauerstoffspezies“ (oder „ROS“ für „reactive oxygen species“), die viele Zellbestandteile schädigen und somit einen Stressfaktor darstellen. Rhodobacter hat daher verschiedene Mechanismen entwickelt, um das Entstehen dieser ROS zu vermeiden, bzw. die entstandenen Schäden zu reparieren.
Im Genom von Rhodobacter sphaeroides wurden bislang drei CRISPR-Cas-Systeme gefunden. Zwei davon haben DNA als Zielmoleküle, ein anderes hat RNA als Zielmolekül. ROS verändern die Mengen der RNAs, die von diesen CRISPR-Cas Systemen gebildet werden. Wenn das Protein Cas13a häufiger vorkommt, zeigen die Bakterien eine bessere Stressresistenz.
Das sind erste Ergebnisse, die deutlich machen, dass Stress auf das CRISPR-Cas-System wirkt und dass CRISPR-Cas wiederum auf die Stressresistenz wirkt. Wir sind hier einer neuen Funktion auf der Spur, die nun wirklich nicht viel mit der ursprünglichen Abwehr von Bakteriophagen zu tun hat! Es gibt ganz viele Fragezeichen und die wollen wir lösen.
CRISPR whisper 