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Eine CRISPR-Immunität im echten Leben

Der Überlebenskampf zwischen Wirt und Parasit ist von zahlreichen Resistenzmechanismen geprägt, die von Systemen, welche entwickelt werden, um eine Immunität zu umgehen oder zu vermeiden, unwirksam gemacht werden. Der Kampf zwischen einem Bakterium, das Pneumonien verursachen kann und der Viren ist ein Paradebeispiel für die Entwicklung von Resistenzen.
Eine CRISPR-Immunität im echten Leben
Viren sind der ultimative Parasit; sie verfügen über keinen eigenen Protein produzierenden Apparat und übernehmen die DNA eines Wirts, um sich zu reproduzieren und auszubreiten. Über die ganze Evolutionsgeschichte hinweg haben Bakterien allerdings neue Resistenzmechanismen entwickelt, die seit Neuestem über das CRISPR/Cas-System untersucht werden.

Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts PROTECT (Prokaryotic evolution of CRISPR targeting) wurde die biologische Bedeutung des CRISPR/Cas-Systems bei Pseudomonas aeruginosa unter realen ökologischen Bedingungen untersucht. Ungeachtet profunder Kenntnisse über die Biochemie des Systems, ist über dessen evolutionäre Relevanz bei einer Bedrohung mit infizierenden Viren oder Phagen nach wie vor relativ wenig bekannt.

Unter Verwendung von Knockout-Mutanten des CRISPR-Cas-Systems beobachteten die Forscher die Auswirkungen des Wettbewerbs zwischen Bakterien und DMS3-Phagen in Umgebungen mit einem hohen und einem geringen Nährstoffgehalt. Erwartungsgemäß wird aufgrund der abweichenden „Kosten“ mit einer geringen Phagen-Exposition das CRISPR-Cas-System bevorzugt. Bei einer hohen Exposition ist die oberflächenmodifikationsvermittelte Immunität allerdings im Hinblick auf das Überleben am besten geeignet.

Überraschender Weise war die Koevolution nach etwa 70 Bakteriengeneration sehr kurzlebig und die Phage starb schnell aus. Gemäß vorhergehender Modelle sollte die CRISPR-basierte Resistenz das Überleben von Wirt und Parasit begünstigen, während sich das Virus weiterentwickelt, um die CRISPR-Immunität zu überwinden. Basierend auf einer theoretischen Analyse und einem Experiment stellten die Forscher jedoch fest, dass die Spezifität des Infektionsprozesses in Verbindung mit einer hohen allelen CRISPR-Vielfalt erforderlich sind, um diese Wirkung zu erzielen.

Forscher untersuchten ebenfalls die Dynamik und Sequenz von Spacern in dem CRISPR-Lokus, in dem DNA-Sequenzen integriert werden, um eine sequenzenspezifische Immunität zu ermöglichen. Eine Sequenzierung ergab eine Spacer-Duplizierung und einen gelegentlichen Verlust genetischen Materials während des Koevolutionsexperiments.

Die kurzlebige Koevolution der Bakterien und Phagen weist auf die Tatsache hin, dass es nicht möglich ist, die CRISPR-Immunität über individuelle Mutation zu überwinden. Die Forscher sind der Ansicht, dass die Entwicklung von Anti-CRISPR-Proteinen begünstigt wird, um dieses spezifische Immunsystem zu blockieren.

Die Arbeit von PROTECT wurde über Paper verbreitet, die in renommierten Fachzeitschriften wie Current Biology und Nature Reviews Microbiology veröffentlicht worden sind. Die Projektforschung verspricht bei der Bekämpfung der antimikrobiellen Resistenz und bei der Phagentherapie Anwendungsmöglichkeiten zu bieten.

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Scientific Research

Schlüsselwörter

CRISPR, Virus, Pseudomonas aeruginosa, Phagen, Koevolution
Datensatznummer: 183021 / Zuletzt geändert am: 2016-07-18
Bereich: Biologie, Medizin
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