24.02.2022 17:06
Turbo für die CRISPR-Forschung
PAM-DETECT beschleunigt Charakterisierung von Immunsystemen
Bei vielen Erkrankungen des menschlichen Organismus stoßen die Mittel und Möglichkeiten der Medizin an ihre Grenzen. CRISPR-Technologien bieten neue Ansätze für die Diagnostik und Therapie. Wissenschaftler:innen vom Helmholtz-Institut für RNA-basierte Infektionsforschung (HIRI) in Würzburg, einer Einrichtung des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig in Kooperation mit der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg, zeigen jetzt eine neue Methode auf, um CRISPR-Systeme zu erforschen und ihre Nutzung voranzutreiben. Ihr neuer Ansatz wurde heute im Fachmagazin Molecular Cell veröffentlicht.
CRISPR-Technologien sind Werkzeuge, die unter anderem der Genombearbeitung dienen. In der Natur kommen sie in der bakteriellen Immunabwehr vor: als Schutz der Bakterien vor eindringenden Viren. In der Anwendung stützen sich CRISPR-Verfahren meist auf einzelne Proteine wie Cas9 oder Cas12 und eine Ribonukleinsäure-Komponente (RNA, von engl. ribonucleic acid). Drei Viertel aller bakteriellen Immunsysteme basieren jedoch auf mehreren Proteinen, die Komplexe bilden.
Einzigartige Funktionen bei der Virenabwehr
Diese Multiproteinkomplexe haben einzigartige Funktionen bei der Virenabwehr und könnten neue Anwendungsmöglichkeiten auch für den Menschen hervorbringen. Die große Zahl an Proteinen erschwert es jedoch, alle notwendigen Schritte durchzuführen, um die Komplexe zu erforschen und zu charakterisieren.
„Diese Herausforderung hat unser grundlegendes Verständnis von CRISPR-Systemen, die aus mehreren Proteinen bestehen, sowie deren Verwendung als Technologien bislang eingeschränkt“, sagt Franziska Wimmer, eine der beiden Erstautor:innen der heute im Fachmagazin Molecular Cell veröffentlichten Studie und Doktorandin am HIRI. „Vor diesem Hintergrund stellen wir jetzt einen vielversprechenden neuen Ansatz vor.“ Dieser basiert auf einem zellfreien System – einer flüssigen Mischung, mit deren Hilfe sich im Labor RNA und Proteine herstellen lassen. In Kombination mit weiteren Technologien wie der Hochdurchsatzsequenzierung gelingt eine zügige Analyse der Proteinfunktionen. Die erforderlichen Arbeitsschritte können in weniger als einem Tag abgeschlossen werden.
„Standardverfahren basieren auf extrahierten Proteinen oder zellbasierten Proben und sind extrem langsam. Das erschwert die Erforschung der meisten in der Natur vorkommenden CRISPR-Systeme“, sagt Dr. Ioannis Mougiakos, der im Erstautorenduo mit Wimmer die Untersuchungen vorantrieb. „Unsere neue Methode, genannt PAM-DETECT, ist im Vergleich dazu ein regelrechter Turbo für die CRISPR-Forschung. Sie kann unsere Arbeit künftig radikal beschleunigen.“
„Wir erhoffen uns, dass PAM-DETECT von der CRISPR-Gemeinde weitgehend übernommen wird. Wir haben bereits begonnen, mit anderen Forschungsgruppen zusammenzuarbeiten, die unser Verfahren ebenfalls anwenden wollen“, sagt Chase Beisel. Der korrespondierende Autor der Studie ist Professor an der JMU und Leiter der Abteilung Synthetische RNA-Biologie am HIRI, in der auch Wimmer und Mougiakos forschen.
Über PAM-DETECT
Mit PAM-DETECT lässt sich feststellen, welche DNA-Sequenzen von einem CRISPR-System erkannt werden können. Mithilfe dieser Technik konnten die HIRI-Forscher:innen eine große Zahl an CRISPR-Systemen charakterisieren, die auf Proteinkomplexen basieren. PAM-DETECT wurde außerdem verwendet, um CRISPR-Transposons zu erforschen, welche das Einfügen großer DNA-Stücke ermöglichen. Die Ergebnisse der aktuellen Studie könnten zu neuen Technologien in der Diagnostik, der Genom-Editierung und der Genom-Regulation führen.
Diese Pressemitteilung und Bildmaterial finden Sie auch auf unserer Homepage unter dem Link https://www.helmholtz-hzi.de/de/aktuelles/news/news-detail/article/complete/turb…
Das Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung:
Am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) untersuchen Wissenschaftler die Mechanismen von Infektionen und ihrer Abwehr. Was Bakterien oder Viren zu Krankheitserregern macht: Das zu verstehen soll den Schlüssel zur Entwicklung neuer Medikamente und Impfstoffe liefern. Das HZI ist Mitglied im Deutschen Zentrum für Infektionsforschung (DZIF).Weitere Informationen: http://www.helmholtz-hzi.de
Das Helmholtz-Institut für RNA-basierte Infektionsforschung:
Das Helmholtz-Institut für RNA-basierte Infektionsforschung (HIRI) wurde im Mai 2017 als gemeinsame Einrichtung des Braunschweiger Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) und der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) gegründet. Mit Sitz auf dem Campus des Würzburger Uniklinikums widmet sich das HIRI als weltweit erstes Institut seiner Art der Rolle von Ribonukleinsäuren (RNAs) in Infektionsprozessen. Auf Basis dieser Erkenntnisse werden in einem integrativen Forschungsansatz neue Therapieansätze entwickelt und diese durch Entwicklung pharmazeutischer Anwendungsformen klinisch anwendbar gemacht. http://www.helmholtz-hiri.de
Ihre Ansprechpartnerin am HIRI:
Dr. Britta Grigull
Presse & Öffentlichkeitsarbeit
+49 (0)931-31-81801
britta.grigull@helmholtz-hiri.de
Originalpublikation:
Rapid cell-free characterization of multi-subunit CRISPR effectors and transposons.
Wimmer F, Mougiakos I, Englert F, Beisel CL (2022). Molecular Cell, DOI: 10.1016/j.molcel.2022.01.026
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Wissenschaftler
Biologie, Chemie, Medizin
überregional
Forschungsergebnisse
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