In un classico episodio di una commedia televisiva vecchia scuola chiamata I Love Lucy, vediamo Lucille Ball entrare in una catena di montaggio in una fabbrica di caramelle. Poiché il ritmo del nastro trasportatore supera la sua capacità di incartare le caramelle, la frenesia ha la meglio su di lei. Si infila caramelle nelle tasche, nel suo cappello, nella sua bocca:è un lavoro fallito.

Come sappiamo, più veloce non sempre significa migliore. E la precisione può prendere un grosso morso dalla velocità.

Qualche volta, anche se, menti innovative escogitano una nuova strategia che migliora sia l'efficienza che la precisione.

Questo è ciò che hanno fatto due ricercatori dell'Università del Delaware in una collaborazione di due anni, con l'obiettivo di migliorare un tipo molto diverso di processo della catena di montaggio che potrebbe essere utile nella produzione di prodotti come prodotti farmaceutici e biocarburanti.

Wilfred Chen, il Gore Professor di Ingegneria Chimica, ed Emily Berckman, uno studente di dottorato presso il Dipartimento di Chimica e Biochimica, hanno pubblicato il loro nuovo metodo in Comunicazioni chimiche , un giornale della Royal Society of Chemistry.

La collaborazione è stata accelerata dal Chemistry Biology Interface Program, che è sponsorizzato dal National Institutes of Health e aiuta gli studenti di dottorato a navigare concetti e metodi dalle scienze chimiche e biologiche. Il finanziamento è arrivato anche dalla National Science Foundation.

L'obiettivo del loro lavoro era progettare un metodo più efficiente per produrre determinate reazioni biochimiche nelle cellule, in particolare, il modo in cui gli enzimi lavorano insieme per promuovere quei cambiamenti nelle cellule.

Per capirlo, immagina una staffetta a un raduno di pista, con un membro della squadra dopo l'altro che avanza il testimone e lo passa al successivo mentre si muovono verso il traguardo. Gli enzimi svolgono parte del loro lavoro in questo modo all'interno delle cellule, funzionano come catalizzatori per accelerare le reazioni e passare quel nuovo prodotto all'enzima successivo. In questo caso, i "manganelli" sono i prodotti di queste reazioni, cambiando tra ogni passaggio. Quindi l'enzima n. 1 modifica il testimone e lo passa all'enzima n. 2, che modifica il testimone e lo passa all'enzima n. 3 e così via fino ad ottenere il prodotto desiderato.

"Immagina di voler passare un prodotto alla persona successiva, " Disse Chen. "Ma sei così distante che è difficile trasmetterlo. Se riduci la distanza tra i diversi partner, ottieni una migliore efficienza e precisione e riduci la concorrenza."

In natura, gli enzimi spesso si riuniscono in gruppi per svolgere questo lavoro collaborativo in stretta vicinanza, utilizzando scaffold a base di proteine ​​come luogo di raccolta e producendo una "cascata" di reazioni biochimiche in questo modo.

Chen e Berckman hanno trovato un modo migliore per controllare la costruzione e il posizionamento di quei ponteggi, così come la cascata di reazioni che producono, utilizzando la rivoluzionaria nuova tecnologia genetica nota come CRISPR/Cas9.

CRISPR è un acronimo (clustered, ripetizioni palindromiche regolarmente interspaziate) che descrive le sequenze di DNA utilizzate nel sistema immunitario di alcune cellule batteriche. Quando la cellula batterica viene attaccata da un virus, ritaglia un po' del DNA del virus e lo immagazzina, utilizzando tali informazioni per riconoscere e distruggere l'attaccante la prossima volta che si presenta.

Il processo include una proteina chiamata Cas9, che si lega al segmento di DNA mirato e lo taglia in quel punto. I genetisti sono ora in grado di utilizzare quel processo per modificare il codice genetico per rimuovere le mutazioni che causano malattie o altre disfunzioni.

Chen e Berckman non stanno modificando il codice genetico con CRISPR. Stanno usando una forma modificata di Cas9, chiamato dCas9, che non ha quella capacità simile a una forbice ma agisce come un "super legante". Mantiene saldamente qualsiasi sequenza di DNA mirata e consente il posizionamento preciso di questi scaffold enzimatici e la loro cascata di reazioni.

Chen ha già utilizzato dCas9 per la regolazione genica e le applicazioni di imaging. Questa è una nuova applicazione.

Guidato nel suo lavoro da RNA, la tecnica consente un numero maggiore di punti di fusione e un meccanismo di sblocco necessario chiamato "toehold gRNA, " aumentando sia la precisione, efficienza e prevedibilità.

"Abbiamo realizzato una catena di montaggio più accurata, " ha detto Berckman. "Possiamo accenderlo, ora dobbiamo essere in grado di spegnerlo. Quindi, in definitiva, potresti applicarlo a tutti i percorsi che ti vengono in mente:prodotti farmaceutici, biocarburanti, terapie contro il cancro».