Il nanodispositivo autonomo di controllo dell'espressione genica contribuirà all'assistenza medica

Unboxing iPod Shuffle 4G in Italia - SaggiaMente (Luglio 2019).

Anonim

L'espressione genica è un elemento fondamentale della vita, in cui ogni cellula attiva e disattiva specifici geni. Pertanto, un dispositivo autonomo in grado di controllare la commutazione on-off avrebbe un grande valore nell'assistenza medica.

I circuiti genetici sintetici sono una tecnologia per controllare l'espressione genica e le cellule del programma per eseguire le funzioni desiderate. Pertanto, l'aumento della complessità del circuito genetico ci consentirà di controllare i destini delle cellule in modo più accurato.

Tuttavia, la complessità dei circuiti genetici rimane bassa. Questo perché, nei convenzionali sistemi di diffusione-reazione, gli enzimi e i substrati sono forniti separatamente, e il legame non specifico degli enzimi ai substrati causa una diafonia non intenzionale tra i diversi circuiti.

I ricercatori guidati dall'università di Osaka, in un progetto di ricerca congiunto con l'Università di Tokyo, l'Università di Kyoto e la Waseda University, costruirono chip integrati di logica genetica chiamati "nanochip genici". Usando fattori integrati sui nanochip, questi nanochip auto-contenuti possono attivare e disattivare i geni all'interno di un singolo chip, prevenendo il crosstalk non intenzionale.

I ricercatori hanno mostrato le risposte autonome dei nanochip nelle cellule artificiali: rilevamento ambientale, calcolo delle informazioni e output del prodotto a livello di chip singolo. I loro risultati di ricerca sono stati pubblicati su Nature Nanotechnology.

La nanotecnologia del DNA è un metodo versatile utilizzato per costruire strutture personalizzate e per controllare precisi layout molecolari. I ricercatori hanno utilizzato un foglio rettangolare (90 nm di larghezza, 60 nm di profondità, 2 nm di altezza) e enzima integrato, RNA polimerasi (RNAP, un enzima che sintetizza l'RNA da una dima di DNA) e più substrati di geni bersaglio.

La capacità di nano-layout della nanotecnologia del DNA consente al ricercatore di progettare razionalmente i livelli di espressione genica cambiando le distanze intermolecolari tra l'enzima e i geni target, influenzando così l'efficienza di collisione e la successiva reazione.

I ricercatori hanno ulteriormente integrato i sensori. Idealmente, un sensore in grado di rilevare qualsiasi tipo di segnale dovrebbe avere limiti di progettazione minimi. Tuttavia, i metodi convenzionali hanno subito diverse limitazioni (ad es. Materiali). Questo perché, nei circuiti genetici convenzionali, il sensore fa parte del substrato dell'enzima (ad esempio, il DNA nella trascrizione, vedere la nota per i dettagli).

Al contrario, in questo studio, la parte del sensore era indipendente dalla reazione enzimatica. Pertanto, i ricercatori possono utilizzare qualsiasi materiale del sensore che modifichi l'effettiva distanza intermolecolare sul riconoscimento del segnale, consentendo la costruzione di vari sensori che rispondono a segnali distinti (microRNA, composti chimici, proteine ​​e luce). Inoltre, combinando e integrando sensori che rispondono a segnali distinti, i ricercatori sono riusciti nella riprogrammazione fotografica dei circuiti genetici.

Infine, la nanochip ha permesso ai ricercatori di semplificare la costruzione di un circuito genetico che rispondeva a una cellula artificiale, una gocciolina acqua-in-olio, e potevano calcolare il suo profilo miRNA, semplicemente mescolando i chip ortogonali, espandendo la potenza del circuito genetico.

L'autore corrispondente Hisashi Tadakuma afferma: "Tutti i fattori necessari per le reazioni di trascrizione sono su questa nanochip integrata, quindi il rilevamento ambientale, il calcolo delle informazioni e l'output del prodotto possono essere completati a livello di singolo chip. In un prossimo futuro, nanochip autonomi saranno utili in mantenere la cellula nello stato sano attraverso il controllo dell'espressione genica spazialmente e temporalmente, che incarnerà l'ideale del detto 'prevenire è la cura migliore' ".

Idealmente, un sensore in grado di rilevare qualsiasi tipo di segnale dovrebbe avere limiti di progettazione minimi. Tuttavia, i metodi convenzionali hanno subito diverse limitazioni (ad es. Materiali). Questo perché, nei circuiti genetici convenzionali, l'efficienza del legame tra un enzima come RNAP (chiave) e un gene bersaglio (blocco bersaglio), in particolare una sequenza promotrice sulla molecola del DNA, è controllata da fattori di trascrizione (regolatori). Poiché i regolatori e gli enzimi devono legarsi al sensore (regione dell'operatore) vicino al blocco del bersaglio, il materiale del sensore deve essere un substrato dei regolatori e degli enzimi (ad esempio, il DNA nella trascrizione) e il regolatore dovrebbe essere un legame del DNA proteina. Pertanto, sia il regolatore (segnale) che il sensore hanno limiti di materiale.

Tuttavia, in questo studio, la frequenza di legame e la successiva reazione sono controllate da (1) la distanza intermolecolare tra un enzima e un gene bersaglio e (2) le caratteristiche della catena chiave (ad esempio, rigidità, lunghezza). Pertanto, la parte del sensore è indipendente dalla reazione enzimatica e il sensore e i regolatori non hanno limitazioni materiali, consentendo ai vari sensori di rispondere a segnali distinti (composti chimici, proteine ​​e luce).

menu
menu