Het ontwikkelen van instrumenten voor nauwkeurige controle van biologische processen is een van de belangrijkste pijlers geweest van het nu volwassen gebied van synthetische biologie. Deze wetenschappelijke tools lenen principes uit een groot aantal onderzoeksgebieden die, wanneer ze worden gecombineerd, unieke toepassingen mogelijk maken die potentieel transformerend zijn voor de moderne samenleving.

Het vertalen van moderne RNA-nanotechnologie-innovaties in de biologische context heeft een enorm potentieel vanwege de compatibiliteit met vouwing en expressie in cellen, maar het brengt ook unieke uitdagingen met zich mee, zoals strakke prestatievoorwaarden en inherente instabiliteit van RNA-moleculen.

Een recente benadering van structureel RNA-ontwerp, ontwikkeld in het laboratorium van Andersen, genaamd "RNA-origami", probeert dit echter aan te pakken. Deze benadering probeert complexe door de mens gemaakte RNA-gebaseerde apparaten te genereren die stabiel zijn in cellen, interageren met andere biomoleculen, waaronder ander RNA en eiwitten, en unieke toepassingen mogelijk maken, met name in de context van genregulatie.

Aangetoond door twee verschillende benaderingen die onlangs zijn gepubliceerd in Nucleic Acids Research RNA-origami wordt gepresenteerd als een geavanceerd RNA-ontwerpplatform dat, wanneer toegepast in de cellulaire context, unieke moleculen genereert voor op synthetische biologie gebaseerde regulering.

RNA-sponzen reguleren de productie van enzymen in bacteriën

In de eerste benadering werd de RNA-origami gebruikt om nauwkeurige controle van de eiwitproductieniveaus te bereiken wanneer ze in bacteriën tot expressie worden gebracht. Zelfremmende eiwitexpressiecassettes werden gemaakt door een sterke bindingsplaats voor het tot expressie gebrachte eiwit in zijn eigen gen te installeren. Daarna werd RNA-origami versierd met dezelfde eiwitbindingsplaatsen in grote overmaat tot expressie gebracht.

Op deze manier dient de RNA-origami als een eiwitspons die eiwitten in de cel sekwestreert en expressie van het zelf-geremde eiwit mogelijk maakt. Er is aangetoond dat dit algemene concept de regulatie van meerdere eiwitten tegelijk mogelijk maakt en enzymatische routes inschakelt voor verbeterde productopbrengsten.

CRISPR-gebaseerde regulatoren voor chemische gistfabrieken

In de tweede benadering werd RNA-origami gecombineerd met CRISPR, een van de meest populaire moderne moleculair-biologische technieken, om genexpressie in gist te reguleren. De RNA-origami's werden geïntegreerd in de kleine RNA's die CRISPR-Cas9 leiden om specifieke sequenties in het DNA-genoom te targeten.

De RNA-origami-steigers waren versierd met eiwitbindingsplaatsen die transcriptiefactoren konden rekruteren. Door de RNA-steigers te richten op promotorregio's, activeerden de transcriptiefactoren genexpressie. Er werd aangetoond dat de expressiesterkte kan worden afgestemd door de oriëntatie van de scaffold en de hoeveelheid gerekruteerde transcriptiefactoren. Ten slotte werd aangetoond dat multi-enzymroutes kunnen worden gecontroleerd voor de productie van hoge opbrengsten van het kankerbestrijdende geneesmiddel violaceïne. + Verder verkennen

Kwaliteitscontrolesysteem voor synthetische eiwitten in bacteriën