Le Accademie nazionali di scienze, ingegneria e medicina hanno pubblicato un rapporto che delinea un piano ambizioso per sequenziare le molecole che svolgono un ruolo cruciale nella condivisione delle informazioni genetiche tra le cellule.

Il rapporto delinea i passaggi per creare la tecnologia e riunire le risorse scientifiche collettive necessarie per avere successo entro i prossimi 15 anni.

Il progetto è stato paragonato al Progetto Genoma Umano, il massiccio sforzo durato 13 anni completato nel 2003 da scienziati di tutto il mondo per sequenziare il DNA umano. Ma Patrick Limbach, vicepresidente per la ricerca della UC, ha affermato che esiste un'importante differenza:sequenziare l'RNA è molto, molto più difficile.

"È un'impresa impegnativa", ha affermato Limbach.

Limbach fa parte del comitato di studio dell'Accademia Nazionale delle Scienze che ha delineato la portata del progetto.

"Il Progetto Genoma Umano ha catturato l'immaginazione di molte persone per capire chi siamo come esseri umani", ha detto Limbach. "Ma il DNA non cambia molto. L'RNA, al confronto, è dinamico. Viene costantemente prodotto e degradato. E le cellule possono modificare lo stesso RNA in modo diverso, il che aumenta la complessità dei sistemi biologici."

Limbach ha detto che studiare il DNA è come esaminare attentamente ogni dettaglio di una foto. Ma studiare l'RNA è come "cercare di esaminare ogni fotogramma di un film durante la riproduzione. Richiede un diverso insieme di tecnologie".

Limbach è un eminente studioso dell'Ohio e professore di chimica al College of Arts and Sciences della UC. Nel suo laboratorio ha utilizzato strumenti come la spettrometria di massa per studiare l'RNA. Detiene due brevetti relativi al suo lavoro nell'analisi dell'RNA. Il lavoro del suo laboratorio è stato citato 30 volte nel recente rapporto delle Accademie nazionali.

"Attualmente, il mio laboratorio fa parte di un progetto di collaborazione multinazionale che sta cercando di trovare alcuni dei migliori principi operativi per studiare le modifiche dell'RNA", ha affermato.

Il sequenziamento dell'RNA in tutte le sue numerose forme potrebbe apportare benefici profondi alla salute pubblica.

Il rapporto intitolato "Charting a Future for Sequencing RNA and its Modifications" spiega come l'RNA viene "modificato" e rivisto, dando origine a volte a migliaia di molecole di RNA distinte per ciascun gene. Questo complesso sistema è essenziale per la crescita e il mantenimento delle cellule. Ma i guasti dell'RNA possono anche portare a un'ampia gamma di malattie umane, dal cancro e dalle malattie cardiache ai disturbi neurologici e autoimmuni.

"Il principio fondamentale della biologia molecolare è che il DNA crea l'RNA e l'RNA crea le proteine ​​di cui le nostre cellule hanno bisogno", ha detto Limbach. "Quindi, se l'RNA presenta errori o viene letto male o non viene modificato correttamente, può produrre la proteina sbagliata, causando tutti i tipi di malattie nella salute umana."

Il rapporto illustra come il progetto potrebbe contribuire a migliorare la diagnosi e il trattamento delle malattie e a identificare mezzi più efficaci per controllare gli agenti patogeni dannosi.

Quasi tutti conoscono già un esempio di come gli scienziati stanno sfruttando il potere dell’RNA in medicina. Sia il vaccino Pfizer che quello Moderna utilizzano un tipo di RNA chiamato mRNA per creare anticorpi contro COVID-19. L'UC ha condotto gli studi clinici per il vaccino Moderna nel 2020.

I ricercatori dell'Università della Pennsylvania Katalin Karikó e Drew Weissman hanno ricevuto un premio Nobel per il loro lavoro pionieristico sulla modificazione dell'RNA che ha portato al vaccino.

"Se non avessero già svolto il lavoro svolto sulla modificazione dell'RNA, saremmo rimasti bloccati con vaccini COVID che non sarebbero stati altrettanto efficaci", ha affermato Limbach. "I vaccini rendono il nostro progetto molto più accessibile al pubblico per capire perché gli scienziati sono interessati a questo."

Al Cancer Center della UC, gli scienziati stanno utilizzando una tecnologia simile per sviluppare un vaccino per il trattamento del cancro al pancreas, una malattia mortale che colpisce più di 66.000 persone ogni anno negli Stati Uniti. La tecnologia sta dando nuova speranza ai pazienti che combattono una malattia che è fatale nel 95% dei casi.

Ma i misteri dell’RNA nascondono altre possibilità indicibili, dal miglioramento della resa dei raccolti alla creazione di energia rinnovabile più efficiente. E ciò ha implicazioni significative per la sicurezza nazionale, ha affermato Limbach.

Il rapporto stima che migliorare la nostra comprensione delle modifiche dell'RNA potrebbe dare impulso all'economia di 4 trilioni di dollari all'anno.

"Quello che non abbiamo ancora è la tecnologia per la quale il rapporto spinge:la capacità di prendere una singola molecola di RNA e sequenziarla insieme a tutte le modifiche da un'estremità all'altra", ha detto Limbach.

Ciò richiederà un grande investimento iniziale sia in infrastrutture che in competenze. Il rapporto raccomanda modi per colmare il divario negli strumenti, nella tecnologia e negli investimenti pubblici e privati ​​per accelerare l'innovazione.

"È necessario disporre di una pipeline di talenti. Saranno le generazioni future a risolvere questi problemi", ha affermato.

Questo campo scientifico relativamente nuovo richiede anche una serie di standard più rigorosi per la preparazione dei campioni, il sequenziamento, la mappatura e l'analisi per garantire risultati riproducibili e l'accesso ai dati.

"Se seguiamo la tabella di marcia, pensiamo che sia fattibile in 15 anni", ha affermato Limbach.