De National Academies of Sciences, Engineering and Medicine hebben een rapport gepubliceerd waarin een ambitieus plan wordt uiteengezet om de moleculen te sequencen die een cruciale rol spelen bij het delen van genetische informatie tussen cellen.

Het rapport schetst de stappen om de technologie te creëren en de collectieve wetenschappelijke bronnen te verzamelen die nodig zijn om in de komende 15 jaar succesvol te zijn.

Het project wordt vergeleken met het Human Genome Project, de enorme 13 jaar durende inspanning die in 2003 door wetenschappers over de hele wereld werd voltooid om menselijk DNA te sequencen. Maar Patrick Limbach, vice-president voor onderzoek van UC, zei dat er één belangrijk verschil is:het sequencen van RNA is veel, veel moeilijker.

"Het is een uitdagende onderneming", zei Limbach.

Limbach is lid van de studiecommissie van de National Academy of Sciences die de reikwijdte van het project heeft geschetst.

"Het Human Genome Project sprak tot de verbeelding van veel mensen om te begrijpen wie we zijn als menselijke wezens," zei Limbach. "Maar DNA verandert niet zoveel. RNA is in vergelijking dynamisch. Het wordt voortdurend geproduceerd en afgebroken. En cellen kunnen hetzelfde RNA op verschillende manieren modificeren, wat de complexiteit van biologische systemen vergroot."

Limbach zei dat het bestuderen van DNA hetzelfde is als het nauwkeurig onderzoeken van elk detail van een foto. Maar het bestuderen van RNA is zoiets als "elk frame van een film proberen te onderzoeken terwijl deze wordt afgespeeld. Het vereist een andere reeks technologieën."

Limbach is een vooraanstaande wetenschapper uit Ohio en hoogleraar scheikunde aan het College of Arts and Sciences van UC. In zijn laboratorium gebruikt hij hulpmiddelen zoals massaspectrometrie om RNA te bestuderen. Hij heeft twee patenten met betrekking tot zijn werk op het gebied van RNA-analyse. Het werk van zijn laboratorium werd 30 keer geciteerd in het recente rapport van de National Academies.

"Momenteel maakt mijn laboratorium deel uit van een multinationaal samenwerkingsproject dat probeert enkele van de beste werkingsprincipes te vinden om RNA-modificaties te bestuderen," zei hij.

Het sequencen van RNA in al zijn vele vormen zou de volksgezondheid op diepgaande wijze ten goede kunnen komen.

Het rapport met de titel "Een toekomst in kaart brengen voor het sequencen van RNA en zijn modificaties" legt uit hoe RNA wordt "bewerkt" en herzien, waardoor voor elk gen soms duizenden verschillende RNA-moleculen ontstaan. Dit complexe systeem is essentieel voor de groei en het onderhoud van cellen. Maar storingen in RNA kunnen ook leiden tot een breed scala aan ziekten bij de mens, van kanker en hartziekten tot neurologische en auto-immuunziekten.

"Het basisprincipe van de moleculaire biologie is dat DNA RNA creëert en RNA de eiwitten creëert die onze cellen nodig hebben," zei Limbach. "Dus als RNA fouten bevat, verkeerd wordt gelezen of niet goed wordt aangepast, kan het het verkeerde eiwit maken, wat leidt tot allerlei ziekten in de menselijke gezondheid."

Het rapport schetst hoe het project de diagnose en behandeling van ziekten kan helpen verbeteren en effectievere middelen kan identificeren om schadelijke ziekteverwekkers te bestrijden.

Bijna iedereen kent al één voorbeeld van hoe wetenschappers de kracht van RNA in de geneeskunde benutten. Zowel het Pfizer- als het Moderna-vaccin gebruiken een type RNA dat mRNA wordt genoemd om antilichamen tegen COVID-19 te creëren. UC leidde in 2020 de klinische onderzoeken voor het Moderna-vaccin.

Onderzoekers van de Universiteit van Pennsylvania, Katalin Karikó en Drew Weissman, hebben een Nobelprijs gekregen voor hun baanbrekende werk op het gebied van RNA-modificatie dat tot het vaccin heeft geleid.

“Als ze niet al het werk hadden gedaan dat ze deden op het gebied van RNA-modificatie, zaten we misschien vast aan COVID-vaccins die lang niet zo effectief waren”, zei Limbach. "De vaccins maken ons project veel toegankelijker voor het publiek om te begrijpen waarom wetenschappers hierin geïnteresseerd zijn."

Bij het Cancer Center van UC gebruiken wetenschappers vergelijkbare technologie om een ​​vaccin te ontwikkelen voor de behandeling van alvleesklierkanker, een dodelijke ziekte die in de Verenigde Staten jaarlijks meer dan 66.000 mensen treft. De technologie geeft nieuwe hoop aan patiënten die vechten tegen een ziekte die in 95% van de gevallen fataal is.

Maar de mysteries van RNA bieden ongekende andere mogelijkheden, van het verbeteren van de opbrengst van gewassen tot het creëren van efficiëntere hernieuwbare energie. En dat heeft aanzienlijke gevolgen voor de nationale veiligheid, aldus Limbach.

Het rapport schat dat het verbeteren van ons begrip van RNA-modificaties de economie met 4 biljoen dollar per jaar zou kunnen stimuleren.

"Wat we nog niet hebben is de technologie waar het rapport op aandringt:het vermogen om één enkel RNA-molecuul te nemen en het te sequencen, samen met alle aanpassingen van het ene uiteinde naar het andere", aldus Limbach.

Dat vergt een grote investering vooraf, zowel in infrastructuur als in expertise. Het rapport beveelt manieren aan om de kloof in instrumenten en technologie en publieke en private investeringen te dichten om innovatie te versnellen.

"Je moet over de talentpijplijn beschikken. Toekomstige generaties zullen degenen zijn die deze problemen zullen oplossen", zei hij.

Dit relatief nieuwe wetenschapsgebied vereist ook een strengere reeks normen voor het voorbereiden van monsters, het sequencen, in kaart brengen en analyseren om reproduceerbare resultaten en toegang tot gegevens te garanderen.

"Als we de routekaart volgen, denken we dat het over vijftien jaar haalbaar is", aldus Limbach.

Meer informatie: Een toekomst in kaart brengen voor het sequencen van RNA en zijn modificaties, (2024)

Aangeboden door Universiteit van Cincinnati