I ricercatori dell'ETH hanno sviluppato un metodo che consente di comprimere grandi quantità di informazioni genetiche e quindi di decomprimerle nuovamente nelle cellule. Questo potrebbe aiutare nello sviluppo di nuove terapie.

Cosa fai se hai un documento di grandi dimensioni o un'immagine ad alta risoluzione che è troppo grande per essere inviata via e-mail? È sufficiente comprimerlo in una dimensione più gestibile utilizzando un software adatto. "Invece di inviare le informazioni 'bianco-bianco-bianco-bianco-bianco-..." per ogni singolo pixel su una linea bianca, solo il messaggio 'bianco 1, 000 volte' viene trasmesso, " spiega Kobi Benenson, Responsabile del gruppo di biologia sintetica presso il Dipartimento di scienze e ingegneria dei biosistemi dell'ETH a Basilea. Una volta ricevuto, le informazioni possono quindi essere riportate alle dimensioni originali, cioè decompresso.

Capacità di trasporto limitata

Questo metodo per i file digitali ha ispirato Benenson e il suo collega Nicolas Lapique a sviluppare una soluzione innovativa per i sistemi biologici. Hanno elaborato un metodo che potrebbe essere utilizzato per comprimere il DNA del materiale genetico:viene compresso per il trasporto nelle cellule e quindi assemblato in informazioni genetiche funzionanti una volta all'interno della cellula.

Questo tipo di soluzione potrebbe essere utile per i biologi, in particolare per la biologia sintetica o la biotecnologia, poiché gli scienziati sono limitati quando cercano di impiantare grandi quantità di informazioni nelle cellule sotto forma di DNA. Il problema è che i mezzi di trasporto attualmente utilizzati per questo scopo possono essere caricati solo con una quantità limitata di DNA.

Rimuovere le ripetizioni nel DNA

Il principio alla base di questa innovativa compressione del DNA è lo stesso del principio alla base della compressione di un file digitale:"Gli elementi che compaiono spesso nella sequenza del DNA da impiantare vengono trasmessi solo una volta, " spiega Benenson.

Per esempio, questo potrebbe applicarsi ai promotori - sezioni del DNA che regolano se e come viene letto il gene associato. Se il DNA da trasportare nella cellula contiene quattro geni diversi che hanno tutti lo stesso promotore, sarà incluso solo una volta.

Ben confezionato e rimontato a destinazione

Rimuovere gli esuberi non è tutto, però. I ricercatori dell'ETH assemblano il DNA da trasportare nella cellula secondo regole specifiche. Benenson parla di "codifica compressa".

I quattro geni nel nostro esempio ricevono prima un promotore congiunto. I ricercatori mettono insieme le quattro sequenze di geni codificanti in modo compatto sul doppio filamento del DNA. Dotano tutto di sequenze di arresto individuali e, cosa importante, di diversi siti di legame per una ricombinasi, un enzima che può aprire, ruotare, e ricomporre i filamenti di DNA.

"La ricombinasi assume il ruolo di software di decompressione, " spiega Benenson. Assicura che i componenti del DNA compresso siano assemblati in modo funzionante all'interno della cellula. Per i quattro geni di esempio, questo significa che ognuno riceverà il proprio promotore una volta rimontato.

I programmi genetici rilevano le cellule tumorali

Benenson e Lapique sono stati in grado di dimostrare che questo nuovo metodo consente effettivamente di impiantare grandi "programmi genetici" nelle cellule dei mammiferi. "Questi sono creati dall'uomo e svolgono compiti specifici all'interno delle cellule, " spiega Benenson. In altre parole, comprendono un intero arsenale di componenti biologici come proteine ​​e RNA che lavorano all'interno della cellula in modo coordinato per raggiungere un obiettivo definito dagli scienziati. Nelle biotecnologie, questo metodo consentirebbe la creazione di alcune sostanze complesse come i principi attivi per i farmaci.

il gruppo di Benenson, però, sta lavorando a programmi genetici che si spera possano gestire compiti molto più complicati in futuro. Uno di questi compiti è prendere di mira il cancro, il che significa che il programma può rilevare sostanze specifiche, i marcatori, in una cella. A seconda della concentrazione, decide se la cellula è sana o se si tratta di una cellula tumorale, che il programma sarebbe quindi in grado di eliminare indipendentemente. Sarebbe una sorta di soluzione all-in-one per combattere i tumori che coprirebbe l'esame, diagnosi e persino trattamento. È stato dimostrato che questo approccio funziona nelle colture cellulari e il ricercatore vorrebbe testarlo anche su un modello animale.

Diagnosi più accurate grazie a nuovi metodi

Con i veicoli di consegna del DNA attualmente disponibili, l'accuratezza nel decidere se una cellula è sana o cancerosa non è ancora abbastanza alta, poiché non è possibile applicare contemporaneamente abbastanza marcatori diversi a causa della quantità limitata di DNA che può essere trasmessa.

"Una combinazione da quattro a sei marcatori sarebbe l'ideale, " spiega Benenson. Per rilevare tutti questi, però, il numero corrispondente di sensori è necessario per riconoscere le sostanze marker. Più sensori - questo coinvolge proteine, RNA, e componenti del DNA - significherebbe anche più DNA che deve essere impiantato nella cellula come progetto dei sensori. Ora sperano che un programma possa utilizzare questo nuovo metodo di compressione e decompressione del DNA per implementare sensori aggiuntivi e quindi aumentare il tasso di precisione.

Prendere in prestito dalla tecnologia dell'informazione

Non è un caso che i programmi genetici sviluppati da Benenson e Lapique siano strutturati in modo logico e funzionino in modo simile ai programmi per computer. "La nostra ricerca è spesso ispirata dall'informatica e dalla tecnologia dell'informazione, " spiega Benenson. Gli piace molto chiaramente pensare fuori dagli schemi. Quando si tratta dei nuovi metodi di trasporto del DNA, è sicuro dirlo:è una fortuna che gli allegati di posta elettronica abbiano limiti di dimensione.

Lo studio è pubblicato su Nanotecnologia della natura .