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.