Beschleunigte Charakterisierung von Immunsystemen

Die Mit­tel und Möglichkeit­en der Medi­zin stoßen bei vie­len Erkrankun­gen des men­schlichen Organ­is­mus 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.

Diese 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 Sys­teme. Unsere neue Meth­ode, genan­nt PAM-DETECT, ist im Ver­gle­ich dazu ein regel­rechter Tur­bo für die Forschung. Sie kann unsere Arbeit kün­ftig radikal beschleunigen.“

- Dr. Ioan­nis Mougiakos

„Wir erhof­fen uns, dass diese Meth­ode von der 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.