Als wetenschappers genexpressie precies zouden kunnen reguleren, ze zouden de genen kunnen uitschakelen die verantwoordelijk zijn voor ziekte en ziekte en die aanzetten die de gezondheid en het immuunsysteem verbeteren.

"Dit is de reden waarom het beheersen van genexpressie zo fundamenteel is, " zei Julius Lucks van de Northwestern University. "Als je het eenmaal goed onder de knie hebt, je kan alles doen."

voor geluk, het hebben van een "goede" greep op genexpressie is misschien een understatement. Hij en zijn team hebben een krachtige en veelzijdige tool ontwikkeld die genactivering duizenden keren beter dan de natuur bereikt.

"Het enige wat we deden was een RNA-switch maken die een gen aanzet, " zei Geluk, een universitair hoofddocent chemische en biologische engineering aan de McCormick School of Engineering van Northwestern. "Maar wat het echt geweldig maakt, is dat het echt, Echt, heel goed."

Ondersteund door de National Science Foundation, de Defense Advanced Research Projects Agency, en de Searle Funds bij de Chicago Community Trust, het onderzoek werd op 19 oktober online gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie . James Chappell, een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Lucks en nu een assistent-professor aan de Rice University, diende als de eerste auteur van het papier.

Met behulp van een computationele ontwerpbenadering, Lucks creëerde de switch door moleculair een RNA-molecuul te programmeren genaamd Small Transcription Activating RNA, of STAR die zijn groep eerder had ontdekt. Vervolgens gebruikt hij een algoritme - ontwikkeld door Noordwest-alumnus Joe Zadeh ('03) - om de STAR voor specifieke toepassingen te optimaliseren. Een extern bedrijf gebruikt de resultaten van het algoritme om een ​​fysiek stuk RNA te construeren, die Lucks vervolgens gebruikt in experimenten.

Lucks vergelijkt STARs met een lichtschakelaar.

"Als er iets gebeurt in de biologie, het 'licht' moet aan zijn, " zei Geluk, een lid van Northwestern's Center for Synthetic Biology. "We zijn altijd geïnteresseerd om dingen aan te zetten, dus hebben we een manier gevonden om een ​​aantal echt goede lichtschakelaars te ontwikkelen."

Voortzetting van de analogie, de RNA-schakelaars in de natuur zijn niet in staat om de "lichten" volledig aan of uit te zetten. Vaak is de kamer constant gedimd in plaats van volledig donker of schitterend licht. Maar onderzoekers wilden meer controle over het systeem. Lucks' STAR kan het licht aandoen - of een gen activeren - 9, 000 keer helderder dan zonder de STAR aanwezig, het verstrekken van de volledig donkere of lichte ruimte die onderzoekers ontbraken.

"Als je een systeem bestudeert om te onderzoeken wat een gen doet, je wilt weten wat het doet als het helemaal aan of uit staat, Lucks legt uit. "Niet als het gen er is of halverwege. Dat is veel moeilijker te ontwarren."

Dat geldt met name voor diagnostische toepassingen, die Lucks hierna wil nastreven met zijn nieuwe tool. Omdat RNA uitblinkt in het detecteren van andere RNA-strengen, STAR's kunnen nuttig zijn bij het diagnosticeren van RNA-virussen. Om dit te doen, De schakelaar van Lucks kan zo worden ontworpen dat hij wordt ingeschakeld in de aanwezigheid van een van deze virussen.

"Je moet superstrakke controle hebben om dit te bereiken, Zei Lucks. "Je wilt geen halverwege signaal, want dan krijg je valse positieven. Je hebt een duidelijk signaal nodig."

Diagnostiek, echter, is slechts één ding dat onderzoekers kunnen bereiken met STAR's. Lucks is ook geïnteresseerd in het gebruik ervan voor metabolic engineering, regulerende RNA-netwerken, en meer.

"Dit is een ondersteunende technologie, en we hebben samenwerkingen die meteen beginnen, "Geluk zei. "Plotseling, al deze verschillende dingen zijn mogelijk. En dat is gewoon geweldig."