Transformanten des Pilzes Knufia petricola. Ein Gen für die Synthese des schwarzen Pigments Melanin ist in den pinken Kolonien mutiert.
Quelle: BAM
Materialoberflächen, insbesondere solche die der Witterung ausgesetzt sind, werden von Mikroorganismen besiedelt und verändert. Ein Bestandteil dieser Biofilme sind schwarze Pilze, die aufgrund von physiologischen und morphologischen Anpassungen eine erhöhte Stresstoleranz aufweisen. Um die Interaktionen der Pilze mit den Materialien zu untersuchen, werden molekularbiologische Methoden benötigt, die auf die widerstandsfähigen Organismen anwendbar sind.
Die Entwicklung von CRISPR/Cas9 – häufig als Genschere bezeichnet – hat die Biologie von Grund auf verändert. Als Bestandteil der bakteriellen Virenabwehr schneidet Cas9 eine DNA-Sequenz, auf die es durch eine kurze RNA-Sequenz programmiert wurde. Bei Anwendung als gentechnisches Werkzeug in anderen Organismen wird der gezielt eingefügte Schnitt (Doppelstrangbruch) im Genom durch zelleigene DNA-Reparatursysteme geschlossen. Dabei können gewünschte Rekombinationsereignisse (Mutation, Deletion, Insertion) durch die Zugabe rekombinanter DNA-Sequenzen gezielt hervorgerufen werden.
Aufgrund der Effizienz der angepassten Methode – die Komponenten müssen in die Zelle eingeschleust werden und dort funktionell vorliegen – können nun auch die Genome von materialbesiedelnden Pilzen zielgerichtet verändert werden, um die Mechanismen der Besiedlung und ggf. Schädigung von Materialoberflächen aufzuklären. So können Stämme mit gewünschten Eigenschaften erzeugt und getestet werden, wie zum Beispiel solche, denen das schwarze Pigment Melanin fehlt, oder Stämme, die fluoreszierende Proteine für Detektionsverfahren produzieren.
Der Übersichtsartikel wurde auf Einladung der Herausgeber/innen des Sonderhefts von Biologie unserer Zeit „CRISPR-Cas9…mehr als nur Verteidigung“ verfasst, das im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms SPP2141 Ende 2024 erschienen ist und durch das Teilprojekt „CRISPR-Whisper – Projekt zur Sensibilisierung der Öffentlichkeit“ gefördert wurde. Die Zeitschrift wendet sich an Forschende und Studierende aller Bereiche der Biologie, sowie Lehrende und interessierte Laien. In dem Artikel werden die Besonderheiten der gesteinsbesiedelnden Pilze eingeführt und welche Punkte es bei der gentechnischen Veränderung von Pilzen im Allgemeinen zu beachten gilt. Es wird anschaulich an vielen Beispielen aufgezeigt, wie die angepasste Methode genutzt werden kann, um das Genom des gesteinsbesiedelnden Pilzes Knufia petricola zu verändern.
CRISPR-Cas9 in der Materialforschung: Den gesteinsbesiedelnden Pilzen auf der Spur
Schumacher, Julia, Biologie in Unserer Zeit, 2024