Nyt twist på CRISPR-teknologi

I et klassisk afsnit af en gammeldags tv-komedie kaldet I Love Lucy, vi ser Lucille Ball træde ind i et samlebåndsjob på en slikfabrik. Da transportbåndets tempo overstiger hendes evne til at pakke slik ind, vanvid får det bedste af hende. Hun stikker slik i lommerne, i hendes hat, ind i hendes mund - det er et jobfejl.

Som vi ved, hurtigere betyder ikke altid bedre. Og præcision kan tage en stor bid af hastigheden.

Sommetider, selvom, innovative hjerner kommer med en ny strategi, der forbedrer både effektivitet og præcision.

Det er, hvad to forskere fra University of Delaware har gjort i et toårigt samarbejde, sigter på at forbedre en meget anderledes form for samlebåndsproces, der kunne være nyttig til fremstilling af sådanne ting som lægemidler og biobrændstoffer.

Wilfred Chen, Gore professor i kemiteknik, og Emily Berckman, en doktorand ved Institut for Kemi og Biokemi, har offentliggjort deres nye metode i Kemisk kommunikation , et tidsskrift for Royal Society of Chemistry.

Samarbejdet blev fremskyndet af Chemistry Biology Interface Program, som er sponsoreret af National Institutes of Health og hjælper ph.d. -studerende med at navigere i begreber og metoder fra både den kemiske og biologiske videnskab. Finansieringen kom også fra National Science Foundation.

Målet med deres arbejde var at konstruere en mere effektiv metode til fremstilling af visse biokemiske reaktioner i celler - specifikt, den måde enzymer arbejder sammen for at fremme disse ændringer i cellerne.

For at forstå det, forestil dig et stafethold til et banestævne, hvor det ene medlem af holdet efter det andet fører stafetten frem og sender den videre til den næste, mens de bevæger sig mod målstregen. Enzymer gør noget af deres arbejde på den måde i cellerne, arbejder som katalysatorer for at fremskynde reaktioner og sende det nye produkt videre til det næste enzym. I dette tilfælde, "staferne" er produkterne af disse reaktioner, skifter mellem hver overlevering. Så enzym nr. 1 modificerer stafetten og sender den videre til enzym nr. 2, som modificerer stafetten og afleverer den til enzym nr. 3 og så videre, indtil det ønskede produkt er opnået.

"Forestil dig, at du vil sende et produkt videre til den næste person, " sagde Chen. "Men I er så langt fra hinanden, at det er svært at give det videre. Hvis du reducerer afstanden mellem de forskellige partnere, du får bedre effektivitet og nøjagtighed, og du reducerer konkurrencen. "

I naturen, enzymer samles ofte i grupper for at udføre dette samarbejde tættere på hinanden, ved at bruge proteinbaserede stilladser som deres samlingssted og producere en "kaskade" af biokemiske reaktioner på den måde.

Chen og Berckman har fundet en forbedret måde at kontrollere konstruktionen og placeringen af ​​disse stilladser, såvel som kaskaden af ​​reaktioner, de producerer, ved hjælp af den revolutionerende nye genetiske teknologi kendt som CRISPR/Cas9.

CRISPR er et akronym (grupperet, regelmæssigt mellemliggende palindromiske gentagelser), der beskriver DNA -sekvenser, der bruges i immunsystemet af visse bakterieceller. Når bakteriecellen angribes af en virus, det klipper lidt af virusets DNA af og gemmer det, bruge disse oplysninger til at genkende og ødelægge angriberen, næste gang den kommer.

Processen indeholder et protein kaldet Cas9, som binder sig til det målrettede segment af DNA og skærer det på det sted. Genetikere er nu i stand til at bruge denne proces til at redigere den genetiske kode for at fjerne mutationer, der forårsager sygdom eller anden dysfunktion.

Chen og Berckman redigerer ikke genetisk kode med CRISPR. De bruger en modificeret form af Cas9, kaldet dCas9, som ikke har den sakselignende evne, men fungerer som et "superbindemiddel". Det holder fast på enhver målrettet DNA-sekvens og giver mulighed for præcis placering af disse enzymstilladser og deres reaktionskaskade.

Chen har allerede brugt dCas9 til genregulering og billedbehandling. Dette er en ny applikation.

Guidet i sit arbejde af RNA, teknikken giver mulighed for et øget antal fusionspunkter og en nødvendig oplåsningsmekanisme kaldet "toehold gRNA, "øge både præcision, effektivitet og forudsigelighed.

"Vi har lavet en mere præcis samlebånd, " sagde Berckman. "Vi kan tænde den, nu skal vi kunne slukke det. Derefter, ultimativt, du kunne anvende dette på så mange veje som du kan tænke dig - lægemidler, biobrændstoffer, kræftbehandlinger."