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  • La nanoparticella appena modificata apre una finestra sulle future tecnologie di editing genetico

    I membri del team di ricerca di Kan Wang si riuniscono in un'area riunioni di Hach Hall dedicata al compianto Victor Lin della Iowa State University e all'Ames Laboratory. Da sinistra a destra sono Wang, un professore di agronomia; Giustino Valenstein, uno studente di dottorato in chimica; Susana Martin Ortigosa, un associato di ricerca post-dottorato nel laboratorio di Wang; e Brian Trewyn, uno scienziato associato in chimica. Credito:foto di Bob Elbert/Iowa State University.

    La letteratura scientifica e tecnologica è in fermento con la nanotecnologia e le sue applicazioni manifatturiere e mediche. Ma è in un'area con un'aura meno sfarzosa - le scienze delle piante - dove i progressi delle nanotecnologie stanno contribuendo notevolmente all'agricoltura.

    I ricercatori della Iowa State University hanno ora dimostrato la capacità di fornire proteine ​​e DNA nelle cellule vegetali, contemporaneamente. Questo è importante perché ora apre opportunità per l'editing del genoma delle piante più sofisticate e mirate, tecniche che richiedono la consegna precisa di proteine ​​e DNA per apportare modifiche genetiche specifiche nelle piante coltivate. Tali modifiche stanno diventando sempre più importanti di fronte ai nostri cambiamenti climatici come nuovi insetti nocivi, le malattie delle piante e gli stress del suolo emergono dove prima ce n'erano pochi.

    Mentre la consegna del DNA nelle cellule è diventata di routine, fornire proteine ​​ed enzimi alle cellule animali e vegetali si è rivelato più impegnativo. L'avanzamento della fornitura di proteine ​​da parte del team dell'Iowa State è un risultato importante a tal fine.

    Un documento di ricerca che descrive il progresso è stato pubblicato online dalla rivista Materiali funzionali avanzati . Il lavoro è stato parzialmente sponsorizzato da Pioneer Hi-Bred con il supporto a lungo termine del Plant Sciences Institute dell'Iowa State University.

    Il team di ricerca dello stato dell'Iowa comprende Kan Wang, professore di agronomia; Brian Trewyn, scienziato associato in chimica; Susana Martin Ortigosa, assegnista di ricerca post-dottorato in agronomia; e Justin Valenstein, uno studente di dottorato in chimica.

    Le nanoparticelle sono materiali minuscoli che hanno le dimensioni equivalenti a diverse molecole affiancate o le dimensioni di un grande virus. Un singolo nanometro è un miliardesimo di metro. Il virus che causa l'AIDS ha un diametro di circa 100 nanometri.

    Utilizzando nuove e migliorate nanoparticelle di silice mesoporosa a nido d'ape personalizzate che il team dello Iowa State ha progettato cinque anni fa, i ricercatori hanno dimostrato la co-consegna di proteine ​​funzionali e DNA nelle cellule vegetali.

    La prima generazione di queste particelle personalizzate era relativamente piccola (100 nanometri) e quindi gli spazi di imballaggio disponibili non erano in grado di ospitare molecole funzionali più grandi come proteine ​​o enzimi. Questa nuova generazione è cinque volte più grande (500 nanometri) e assomiglia a un pezzo di cereale a nido d'ape ultra fine.

    La chiave del successo dei ricercatori è un metodo di nuova concezione per realizzare sacchetti uniformi più grandi nelle nanoparticelle personalizzate. Un'ulteriore modifica, la doratura dell'intera particella di silice prima del confezionamento, ha migliorato il legame del DNA e delle proteine ​​per un carico utile più sicuro.

    Per testare l'efficacia della nuova particella, Wang e i suoi colleghi hanno caricato i pori con una proteina fluorescente verde derivata da meduse, che funge da marcatore fotografico all'interno della cellula vegetale. Prossimo, queste particelle erano ricoperte di DNA che codifica per una proteina rossa del corallo. Il complesso è stato poi sparato nelle cellule vegetali usando una pistola genetica, un metodo tradizionale di consegna genica che fa passare il materiale estraneo oltre la parete cellulare protettiva della pianta.

    L'innovazione della placcatura in oro ha aggiunto alle particelle un peso balistico molto necessario, assicurando la loro capacità di lanciare una palla di cannone attraverso la parete cellulare della pianta una volta rilasciata dalla pistola genetica.

    Le cellule che emettono fluorescenza sia rossa che verde allo stesso tempo confermano il successo della consegna. Il team ha dimostrato successo nella cipolla, tabacco e cellule di mais.

    Il lavoro è una realizzazione tangibile degli sforzi che il team ha avuto nella fase di progettazione appena due anni fa, quando il collega Victor Lin della Iowa State University e il laboratorio Ames del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti sono morti inaspettatamente. "Era uno scienziato così brillante, " dice Wang. "Ci siamo sentiti tutti completamente persi quando abbiamo perso lui".

    Ma la squadra si è unita, capitalizzando sull'eccellente addestramento che tutti avevano ricevuto lavorando con Lin per rendere questa particella di nuova generazione una realtà.

    "Non saremmo stati in grado di risolvere nulla senza l'altro, " dice Wang. "Questo successo dimostra che la sua eredità continua".


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