Basler Forscher entwickeln DNA-Speicher

Escherichia coli-Bakterien auf einer Schallplatte mit Ludwig van Beethovens Mondscheinsonate: Die Bakterien speichern über viele Generationen hinweg mit Hilfe eines ihnen eingebauten Speichersystems Informationen über Genaktivitäten, analog wie die Schallplatte Beethovens Werk speichert. (Copyright: Martin Oeggerli, micronaut.ch)

Wissenschaftler des in Basel ansässigen Departements Biosysteme der ETH Zürich haben einen Speichermechanismus entwickelt, durch welchen ein Einblick in die Geschichte von Zellvorgängen ermöglicht wird. Dieser Mechanismus ist in dieser Form bislang einmalig.

 

Bakterienzellen reagieren auf Umwelteinflüsse wie den Kontakt mit einem Krankheitserreger mit einer veränderten Aktivität der Gene, erklärt das Basler Departement Biosysteme (D-BSSE) der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH) in einer Medienmitteilung. Diese veränderte Genaktivität beziehungsweise Transkriptionsereignisse können an mRNA-Molekülen abgelesen werden, welche allerdings nur sehr kurzlebig sind. Wissenschaftler arbeiten daher bereits seit langer Zeit an einer Möglichkeit, sich umfänglich über die Geschichte einer Bakterienzelle zu informieren. Die Basler Forscher haben dies nun ermöglicht.

Sie haben dazu das CRISPR-Cas-System genutzt, um ein molekulares Speichersystem herzustellen. Dabei werden die Transkriptionsereignisse als ringförmige DNA-Moleküle (Plasmid) gespeichert, wobei die Informationen in einem CRISPR-Array hinterlegt werden, einer bestimmten Stelle des Plasmids. Dort ist dann auch ein kurzes DNA-Fragment des Krankheitserregers, ein sogenannter Spacer, gespeichert. Spacer verschiedener Erreger werden getrennt voneinander aufgereiht.

Damit diese Informationen von den Forschern genutzt werden können, war es notwendig, sie in mehreren Schritten umzuwandeln, bis schliesslich stabile DNA-Fragmente in chronologischer Reihenfolge vorgelegen haben. Diese Informationen werden von einer Bakteriengeneration an die nächste weitergeleitet. «Dieses System ist ein biochemischer Datenlogger. Damit können wir über mehrere Generationen die Genantwort der Bakterien auf äussere Einflüsse aufzeichnen und abrufen», wird dazu Florian Schmidt in der Mitteilung zitiert. Er ist Erstautor der entsprechenden Studie, die von den Forschern um Randall Platt vom D-BSSE angefertigt worden ist.