Ambitiøst mål om at sekvensere RNA kunne sætte skub i amerikansk økonomi

En kemiker, der leder University of Cincinnati's Office of Research, spiller en rolle i et videnskabeligt arbejde med at låse op for RNA's hemmeligheder.

National Academies of Sciences, Engineering and Medicine har offentliggjort en rapport, der opstiller en ambitiøs plan for at sekventere de molekyler, der spiller en afgørende rolle i deling af genetisk information mellem celler.

Rapporten skitserer trinene til at skabe teknologien og samle de kollektive videnskabelige ressourcer, der er nødvendige for at få succes inden for de næste 15 år.

Projektet er blevet sammenlignet med Human Genome Project, den massive 13-årige indsats, der blev afsluttet i 2003 af videnskabsmænd over hele verden for at sekventere menneskeligt DNA. Men Patrick Limbach, UC's vicepræsident for forskning, sagde, at der er en vigtig forskel - at sekventere RNA er meget, meget sværere.

"Det er en udfordrende opgave," sagde Limbach.

Limbach tjener i National Academy of Sciences studiekomité, der skitserede projektets omfang.

"The Human Genome Project fangede mange menneskers fantasi for at forstå, hvem vi er som mennesker," sagde Limbach. "Men DNA ændrer sig ikke så meget. RNA til sammenligning er dynamisk. Det bliver konstant produceret og nedbrudt. Og celler kan modificere det samme RNA forskelligt, hvilket øger kompleksiteten af ​​biologiske systemer."

Limbach sagde at studere DNA er som at nøje granske hver eneste detalje i et billede. Men at studere RNA er som at "prøve at undersøge hvert billede af en film, mens den afspilles. Det kræver et andet sæt teknologier."

Limbach er en Ohio Eminent Scholar og professor i kemi ved UC's College of Arts and Sciences. I sit laboratorium har han brugt værktøjer som massespektrometri til at studere RNA. Han har to patenter relateret til hans arbejde med RNA-analyse. Hans laboratoriums arbejde blev citeret 30 gange i den seneste rapport fra National Academies.

"I øjeblikket er mit laboratorium en del af et multinationalt samarbejdsprojekt, der forsøger at finde nogle af de bedste driftsprincipper til at studere RNA-modifikationer," sagde han.

Sekventering af RNA i alle dets mange former kunne gavne folkesundheden på dybtgående måder.

Rapporten med titlen "Charting a Future for Sequencing RNA and its Modifications" forklarer, hvordan RNA "redigeres" og revideres, hvilket nogle gange giver anledning til tusindvis af forskellige RNA-molekyler for hvert gen. Dette komplekse system er afgørende for vækst og vedligeholdelse af celler. Men nedbrydninger i RNA kan også føre til en bred vifte af menneskelige sygdomme, fra kræft og hjertesygdomme til neurologiske og autoimmune lidelser.

"Den grundlæggende princip i molekylærbiologi er, at DNA skaber RNA, og RNA skaber de proteiner, som vores celler har brug for," sagde Limbach. "Så hvis RNA har fejl eller er forkert læst eller ikke er modificeret korrekt, kan det lave det forkerte protein, hvilket fører til alle slags sygdomme i menneskers sundhed."

Rapporten skitserer, hvordan projektet kan hjælpe med at forbedre diagnosticering og behandling af sygdom og identificere mere effektive midler til at kontrollere skadelige patogener.

Næsten alle kender allerede et eksempel på, hvordan videnskabsmænd udnytter RNA's kraft i medicin. Både Pfizer- og Moderna-vaccinerne bruger en type RNA kaldet mRNA til at skabe antistoffer mod COVID-19. UC ledede de kliniske forsøg med Moderna-vaccinen i 2020.

University of Pennsylvania forskere Katalin Karikó og Drew Weissman blev tildelt en Nobelpris for deres banebrydende arbejde inden for RNA modifikation, der førte til vaccinen.

"Havde de ikke allerede gjort det arbejde, de gjorde med RNA-modifikation, kunne vi have siddet fast med COVID-vacciner, der ikke var nær så effektive," sagde Limbach. "Vaccinerne gør vores projekt meget mere tilgængeligt for offentligheden for at forstå, hvorfor videnskabsmænd er interesserede i dette."

På UC's Cancer Center bruger forskere lignende teknologi til at udvikle en vaccine til behandling af kræft i bugspytkirtlen, en dødelig sygdom, der hvert år rammer mere end 66.000 mennesker i USA. Teknologien giver nyt håb til patienter, der bekæmper en sygdom, der er dødelig i 95 % af tilfældene.

Men mysterierne bag RNA rummer utallige andre muligheder, lige fra at forbedre udbyttet af afgrøder til at skabe mere effektiv vedvarende energi. Og det har betydelige konsekvenser for den nationale sikkerhed, sagde Limbach.

Rapporten anslår, at en forbedring af vores forståelse af RNA-modifikationer kan booste økonomien med $4 billioner om året.

"Hvad vi endnu ikke har, er den teknologi, rapporten presser på - evnen til at tage et enkelt RNA-molekyle og sekvensere det og alle modifikationerne fra den ene ende til den anden," sagde Limbach.

Det vil kræve en stor forhåndsinvestering både i infrastruktur og ekspertise. Rapporten anbefaler måder at lukke hullet i værktøjer og teknologi og offentlige og private investeringer for at fremskynde innovation.

"Du skal have talentpipeline. Fremtidige generationer vil være dem, der skal løse disse problemer," sagde han.

Dette relativt nye videnskabsområde kræver også et mere stringent sæt standarder for forberedelse af prøver, sekventering, kortlægning og analyse for at sikre reproducerbare resultater og adgang til data.

"Hvis vi følger køreplanen, tror vi, det kan lade sig gøre om 15 år," sagde Limbach.

Flere oplysninger: Kortlægning af en fremtid for sekvensering af RNA og dets modifikationer, (2024)

Leveret af University of Cincinnati