ERASynBio - Runde 2 - UNACS - Ein vereinheitlichtes System der nukleinsäurebasierten Informationsverarbeitung in lebenden Organismen

Das Projekt widmet sich der Entwicklung eines vereinheitlichten Systems für die zelluläre Informationsverarbeitung auf der Basis von Nukleinsäuren (UNACS). UNACS nutzt RNA-Programmierung mit Hilfe von Riboregulatoren und künstlich evolvierten Versionen der T7 RNA-Polymerase sowie das CRISPR-Ribonukleoprotein dCas9 als "Adapter" zwischen RNA-Programmierung und proteinbasierten Funktionen wie Genrepression und Transkription. Diese Komponenten werden kombiniert, um RNA-basierte Sensoren, logische Operationen und die sequenzprogrammierbare Verschaltung von Genen zu ermöglichen. Darauf aufbauend wird sich der Projektpartner TUM speziell mit der Implementierung modularer, RNA-basierter Regelkreise befassen, die der Wachstumskontrolle von Bakterien sowie der Kontrolle eines Isoprenoid-Stoffwechselweges dienen. 1. Kontrolle des bakteriellen Zellwachstum mit Hilfe des dCas9/gRNA-Mechanismus. Hierfür soll die Expression von für die Zellteilung entscheidenden Proteinen/Checkpoints unterdrückt werden. 2. Bestimmung der Ribosomenmenge mittels eines intrazellulären mRNA-Sensors (basierend auf einem Riboregulator). Dies soll Auskunft über den Zustand der Bakterien bzw. deren Wachstumsphase geben. 3. Produktion des Isoprenoids Lycopen in E.coli. 4. Aufbau funktionaler Regelkreise aus den Modulen 1.-3. Insbesondere soll das Zellwachstum bei guten Produktionsbedingungen gestoppt und zugleich die Lycopensynthese gestartet werden. 5. Nutzung der Zelldichte als Regelgröße. Hierfür soll mit Hilfe von Quorum Sensing-Signalen Zellwachstum und Lycopenproduktion kontrolliert werden. 6. In vitro-Experimente zur Charakterisierung der Schaltkreise. Dazu werden regulatorische Module in zellfreier Umgebung charakterisiert und Gentransferfunktionen sowie Reaktionskinetiken bestimmt werden. 7. Erstellung von Computermodellen der regulatorischen Schaltkreise, welche für das Design und Optimierung der genetischen Komponenten genutzt werden können.