The S-layer is a proteinaceous surface lattice found in the cell envelope of bacteria and archaea. In most archaea, a glycosylated S-layer constitutes the sole cell wall and there is evidence that it contributes to cell shape maintenance and stress resilience. Here we use a gene-knockdown technology based on an endogenous CRISPR type III complex to gradually silence slaB, which encodes the S-layer membrane anchor in the hyperthermophilic archaeon Sulfolobus solfataricus. Silenced cells exhibit a reduced or peeled-off S-layer lattice, cell shape alterations and decreased surface glycosylation. These cells barely propagate but increase in diameter and DNA content, indicating impaired cell division; their phenotypes can be rescued through genetic complementation. Furthermore, S-layer depleted cells are less susceptible to infection with the virus SSV1. Our study highlights the usefulness of the CRISPR type III system for gene silencing in archaea, and supports that an intact S-layer is important for cell division and virus susceptibility.

Prokaryotes are constantly coping with attacks by viruses in their natural environments and therefore have evolved an impressive array of defense systems. Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR) is an adaptive immune system found in the majority of archaea and about half of bacteria which stores pieces of infecting viral DNA as spacers in genomic CRISPR arrays to reuse them for specific virus destruction upon a second wave of infection. In detail, small CRISPR RNAs (crRNAs) are transcribed from CRISPR arrays and incorporated into type-specific CRISPR effector complexes which further degrade foreign nucleic acids complementary to the crRNA. This review gives an overview of CRISPR immunity to newcomers in the field and an update on CRISPR literature in archaea by comparing the functional mechanisms and abundances of the diverse CRISPR types. A bigger fraction is dedicated to the versatile and prevalent CRISPR type III systems, as tremendous progress has been made recently using archaeal models in discerning the controlled molecular mechanisms of their unique tripartite mode of action including RNA interference, DNA interference and the unique cyclic-oligoadenylate signaling that induces promiscuous RNA shredding by CARF-domain ribonucleases. The second half of the review spotlights CRISPR in archaea outlining seminal in vivo and in vitro studies in model organisms of the euryarchaeal and crenarchaeal phyla, including the application of CRISPR-Cas for genome editing and gene silencing. In the last section, a special focus is laid on members of the crenarchaeal hyperthermophilic order Sulfolobales by presenting a thorough comparative analysis about the distribution and abundance of CRISPR-Cas systems, including arrays and spacers as well as CRISPR-accessory proteins in all 53 genomes available to date. Interestingly, we find that CRISPR type III and the DNA-degrading CRISPR type I complexes co-exist in more than two thirds of these genomes. Furthermore, we identified ring nuclease candidates in all but two genomes and found that they generally co-exist with the above-mentioned CARF domain ribonucleases Csx1/Csm6. These observations, together with published literature allowed us to draft a working model of how CRISPR-Cas systems and accessory proteins cross talk to establish native CRISPR anti-virus immunity in a Sulfolobales cell.

No abstract

Es ist eine große Ehre und Freude für das Forschungsinstitut Brenner-Archiv, dass Sie alle sich die Zeit nehmen, mit uns das fünfzigjährige Bestehen des Instituts zu feiern. Grußworte von Seiten der Universität, des Landes Tirol, des Landes Südtirol, der Stadt Innsbruck und des Kuratoriums sind ein schöner Ausdruck dafür, wie vielfältig unsere Institution im wissenschaftlichen und kulturellen Leben der Region verankert ist. Beheimatet an der Philologisch-Kulturwissenschaftlichen Fakultät der Leopold-Franzens-Universität Innsbruck und in Forschung, Lehre und Administration eng eingebunden in die universitären Strukturen, ist das Forschungsinstitut Brenner-Archiv zugleich das regionale Tiroler und Südtiroler, aber auch ein überregionales, österreichweit ausgerichtetes Literaturarchiv. Im Geleitwort zum 1910 erschienenen ersten Heft der Zeitschrift Der Brenner, der unser Archiv weit mehr als nur seinen Namen verdankt, ließ der Herausgeber Ludwig von Ficker von seinem Hauptmitarbeiter Carl Dallago in knappen Worten sein Anliegen skizzieren. Es ging ihm darum, "in der Öffentlichkeit mit dem Unternehmen festen Fuß zu fassen […], indem wir uns bemühen, dasselbe so auszubauen, daß es uns die Begriffe: Kultur, Kunst, Dichtung lebendig und fruchtbar erhält. Es bedeutet uns im Kerne ein Unterbringen der menschlichen Natur-ein Unterbringen von Menschentum." Die hier entworfene Vision hat bis auf den heutigen Tag nichts von ihrer Gültigkeit verloren. Wichtige Stationen des Wegs, der von der Zeitschrift Der Brenner zum gleichnamigen Archiv geführt hat, finden sich in einer neuen Publikation, die in ganz besonderem Maße den Übergang zwischen Zeitschrift und Archiv dokumentiert. Es handelt sich um die digitale Ausgabe der sogenannten Brenner-Gespräche, aufgezeichnet in den Jahren 1961-1967 von Walter Methlagl. Enthalten sind Gespräche, die Methlagl mit Ludwig von Ficker, aber auch mit einigen Brenner-Mitarbeitern und Verwandten in jenen Jahren führen konnte-Gespräche, die ihm Hilfe und Voraussetzung bei der Niederschrift seiner Dissertation (über die weltanschaulichen Wandlungen der Zeitschrift Der Brenner) waren, die darüber hinaus aber auch eine Informationsquelle für ‚die Nachwelt' darstellten und bis heute darstellen. Sie spiegeln die letzten vermittelnden Aktivitäten Fickers und sie spiegeln die Zeit, als das Brenner-Archiv gegründet wurde. Die Brenner-Gespräche wurden nie publiziert, eine Abschrift stand aber als (einzelnes und einziges) Bibliotheksexemplar den Forscherinnen und Forschern zur Verfügung. Das Konvolut wurde eifrig benützt, fand man darin doch Informationen, die es sonst nirgendwo gab… Der dokumentarische Wert lag und liegt also auf der Hand. Zugleich findet sich auch der dokumentierende Walter Methlagl darin-in seinen Reflexionen nämlich, im Nachdenken über die Zusammenhänge und über die kulturelle Sphäre dessen, was man mitunter treffend als den "Brenner-Geist" bezeichnet hat. Jetzt-gut 50 Jahre später-wird dieser Text (endlich) der größeren Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt-in einer zeitgemäßen Form. A...