Nyudviklet switch aktiverer gener tusindvis af gange bedre end naturen

Hvis videnskabsmænd præcist kunne regulere genekspression, de kunne slukke for de gener, der er ansvarlige for sygdom og sygdom, og tænde dem, der forbedrer sundheden og immunsystemet.

"Det er grunden til, at styring af genekspression er så fundamental, " sagde Northwestern Universitys Julius Lucks. "Når du først har fået styr på det, du kan gøre alt."

Til held, at have et "godt" greb om genekspression kan være en underdrivelse. Han og hans team har udviklet et kraftfuldt og alsidigt værktøj, der opnår genaktivering tusindvis af gange bedre end naturen.

"Alt, vi gjorde, var at lave en RNA-switch, der tænder et gen, " sagde Lykke, en lektor i kemisk og biologisk teknik i Northwesterns McCormick School of Engineering. "Men det, der virkelig gør det fantastisk, er, at det virkelig er, virkelig, virkelig godt."

Støttet af National Science Foundation, Defence Advanced Research Projects Agency, og Searle Funds hos Chicago Community Trust, forskningen blev offentliggjort online den 19. oktober i tidsskriftet Naturkommunikation . James Chappell, en postdoc i Lucks' laboratorium og nu adjunkt ved Rice University, fungerede som avisens første forfatter.

Ved at bruge en beregningsmæssig designtilgang, Lykke skabte skiftet ved molekylært at programmere et RNA-molekyle kaldet Small Transcription Activating RNA, eller STAR, som hans gruppe tidligere havde opdaget. Han bruger derefter en algoritme – udviklet af Northwestern-alumnen Joe Zadeh ('03) – til at optimere STAR til specifikke applikationer. En ekstern virksomhed bruger algoritmens resultater til at konstruere et fysisk stykke RNA, som Lucks så bruger i eksperimenter.

Lucks sammenligner STARs med en lyskontakt.

"For at der skal ske noget i biologi, "lyset" skal være tændt, " sagde Lykke, medlem af Northwesterns Center for Synthetic Biology. "Vi er altid interesserede i at tænde for tingene, så vi fandt en måde at konstruere nogle rigtig gode lyskontakter."

Fortsætter analogien, RNA-switcherne, der findes i naturen, er ude af stand til at tænde eller slukke "lysene" helt. Ofte er rummet konsekvent mørkt i stedet for helt mørkt eller strålende lyst. Men forskere har ønsket at få en strammere kontrol med systemet. Lucks' STAR kan tænde lyset - eller aktivere et gen - 9, 000 gange lysere end uden STAR til stede, give det helt mørke eller lyse rum, som forskerne har manglet.

"Hvis du studerer et system for at udforske, hvad et gen gør, du vil vide, hvad den gør, når den er helt tændt eller slukket, " Lucks forklarer. "Ikke når genet er der eller halvvejs der. Det er meget sværere at skille ad."

Det gælder især for diagnostiske applikationer, som Lucks planlægger at forfølge med sit nye værktøj. Fordi RNA udmærker sig ved at detektere andre RNA-strenge, STAR'er kan være nyttige til diagnosticering af RNA-vira. At gøre dette, Lucks' kontakt kunne konstrueres til at tænde i nærvær af en af ​​disse vira.

"Du skal have super stram kontrol for at opnå dette, " sagde Lucks. "Du vil ikke have et halvvejssignal, for så vil du ende med falske positiver. Du har brug for et klart signal."

Diagnostik, imidlertid, er kun én ting, som forskere kan opnå med STAR. Lucks er også interesseret i at bruge dem til metabolisk konstruktion, regulering af RNA-netværk, og mere.

"Dette er en muliggørende teknologi, og vi starter samarbejder med det samme, "Lucks sagde. "Pludselig, alle disse forskellige ting er mulige. Og det er bare fantastisk."