Il grafico sopra fornisce schemi per un processo centrale per la ricerca guidata da Xiao Wang e Alexander Green per trovare nuovi modi per ripristinare la salute umana attraverso la reingegnerizzazione dei biomeccanismi del corpo. Nei pannelli sinistro e centrale, l'illustrazione mostra l'ingegneria degli RNA di sintonizzazione della degradazione, o dtRNA, caratterizzandone le caratteristiche strutturali. I ricercatori hanno classificato l'intera libreria dei dtRNA in base alle loro prestazioni contro il processo di degradazione dell'RNA eseguito dalle ribonucleasi nelle cellule procariotiche. Il pannello di destra mostra che i ricercatori hanno testato il potenziale di questi dtRNA caratterizzati per varie applicazioni biotecnologiche come la regolazione dell'espressione genica utilizzando lo strumento di editing genetico CRISPR/Cas9 o per la diagnostica virale mediante un sensore ibrido dtRNA-toehold switch. Credito:gruppo di ricerca Xiao Wang
Diagnostica efficace, terapie e trattamenti per malattie e infezioni potrebbero comportare sempre più la reingegnerizzazione dei biomeccanismi interni del corpo nelle loro basi chimiche e molecolari più elementari.
La crescente conoscenza dei processi biologici del corpo sta aumentando le possibilità di ripristinare la salute umana, dice Xiao Wang, un professore associato di ingegneria biomedica presso l'Ira A. Fulton Schools of Engineering dell'Arizona State University. Lui e un team di ricercatori stanno esplorando modi per attivare e controllare la differenziazione cellulare e la transizione per sbloccare proprietà che potrebbero cambiare l'approccio dei bioingegneri alla diagnostica, sviluppo di vaccini e trattamenti terapeutici.
Recenti ricerche condotte da Wang e Alexander Green, un assistente professore di ingegneria biomedica alla Boston University, rivela di più sul potenziale per la progettazione di piccole strutture aggiuntive per biomolecole che possono migliorare le loro proprietà.
"Potrebbero esserci nuovi e migliori tipi di applicazioni per la diagnostica, terapie e trattamenti, e per l'ingegneria del genoma, " Wang dice. "Questi potrebbero essere grandi contributi alla biomedicina".
I dettagli su ciò che la ricerca potrebbe produrre appaiono nel documento Controllo prevedibile della durata dell'RNA utilizzando RNA ingegnerizzati per la regolazione della degradazione, pubblicato questa settimana sulla rivista di ricerca Natura chimica biologia .
L'attenzione di Wang e Green è sull'RNA messaggero, o mRNA, che trasporta informazioni genetiche dal DNA, la molecola che contiene il progetto genetico necessario per sviluppare e mantenere gli organismi, inclusi gli esseri umani.
All'interno delle cellule, L'mRNA trasmette messaggi dal DNA ai ribosomi che producono proteine, informandoli di quali proteine devono essere sintetizzate in un dato momento. Mentre lo stato del DNA come deposito di informazioni della cellula significa che è molto stabile, Il ruolo di portatore di messaggi dell'mRNA significa che si degrada rapidamente. Questo degrado ha reso più difficile l'implementazione di terapie e diagnostica a base di RNA.
Wang, Green e il loro gruppo di ricerca stanno escogitando metodi per controllare il degrado per produrre prevedibili, risultati precisi e stabili. Il nuovo documento di ricerca descrive come stanno tentando di mettere a punto la velocità di degradazione dell'mRNA per aumentare la capacità di svolgere funzioni biotecnologiche. Per fare questo, hanno identificato caratteristiche strutturali specifiche dell'RNA per costruire una libreria di componenti dell'RNA chiamati RNA di sintonizzazione della degradazione, o dtRNA.
Collegare i dtRNA a un RNA di interesse attraverso l'ingegneria genetica consente loro di aumentare o diminuire il tasso di degradazione dell'RNA, e perfezionare i livelli di espressione genica in vivo e in vitro, all'interno di un organismo vivente o in un ambiente di laboratorio.
"Abbiamo scoperto che i dtRNA potrebbero essere utilizzati con una varietà di diversi tipi di RNA e modificare i livelli di espressione genica in un intervallo molto ampio. Queste capacità possono aumentare la velocità e la sensibilità della diagnostica medica e darci un migliore controllo sulla funzione cellulare, "dice Verde, che è stato assistente professore presso l'Istituto di Biodesign e la Scuola di Scienze Molecolari dell'ASU dal 2015 al 2020 ed è attualmente professore a contratto con la scuola.
Uno dei risultati più incisivi di questi processi di raffinamento potrebbe essere lo sviluppo di vaccini a base di mRNA che sarebbero particolarmente efficaci contro i virus, dice Wang.
"Possiamo effettivamente ingegnerizzare la struttura delle molecole di RNA in modi più veloci e sistematici che le rendano più efficienti nel modo in cui si comportano, " lui dice.
Questi cambiamenti di comportamento informeranno sull'efficacia del processo di bioingegneria di Wang e Green nel potenziare l'efficacia della diagnostica, vaccini, terapie e cure.
