Ribonucleïnezuur (RNA) is, samen met DNA en eiwit, een van de drie primaire biologische macromoleculen en was waarschijnlijk de eerste die ontstond in vroege levensvormen. In de "RNA-wereld"-hypothese, RNA is in staat om op zichzelf te leven, omdat het zowel informatie kan opslaan als biochemische reacties kan katalyseren. Zelfs in het moderne leven, de meest complexe moleculaire machines in alle cellen, de ribosomen, bestaan ​​grotendeels uit RNA. Chemici van de faculteit Scheikunde van de Universiteit van Wenen en van de McGill University hebben een nieuwe synthetische benadering ontwikkeld waarmee RNA ongeveer een miljoen keer efficiënter chemisch kan worden gesynthetiseerd dan voorheen mogelijk was.

RNA is alomtegenwoordig in cellen. Het is verantwoordelijk voor het pendelen van informatie uit de kern, genexpressie reguleren en eiwitten synthetiseren. Sommige RNA-moleculen, vooral bij bacteriën, katalyseren ook biochemische reacties en voelen omgevingssignalen.

De chemische synthese van DNA en RNA gaat terug tot de begindagen van de moleculaire biologie, met name de inspanningen van Nobelprijswinnaar Har Gobind Khorana in de vroege jaren zestig om de genetische code te ontcijferen. Door de jaren heen, de chemie is aanzienlijk verbeterd, maar de RNA-synthese is veel moeilijker en langzamer gebleven vanwege de behoefte aan een extra beschermende groep op de 2'-hydroxy van de ribosesuiker van RNA. Chemici van de afdeling anorganische chemie van de faculteit scheikunde van de Universiteit van Wenen en van de McGill University hebben de RNA-synthese nu een grote stap voorwaarts kunnen brengen.

Halfgeleidertechnologie en synthese

Om de efficiëntie van de synthese te verhogen, de chemici voegden zich bij twee sleutelconcepten:fotolithografische fabricagetechnologie uit de halfgeleiderfabricage en de ontwikkeling van een nieuwe beschermende groep.

Eerst, de chemici hebben de fotolithografische fabricagetechnologie van de halfgeleiderchipindustrie aangepast, vaak gebruikt voor de fabricage van geïntegreerde schakelingen, voor de chemische synthese van RNA. Biologische fotolithografie maakt het mogelijk om RNA-chips te produceren met een dichtheid tot wel een miljoen sequenties per vierkante centimeter. In plaats van ver-ultraviolet licht te gebruiken, dat wordt gebruikt bij de productie van computerchips voor het etsen en dopen van silicium, de onderzoekers gebruiken UV-A-licht. "Kortegolf ultraviolet licht heeft een zeer destructief effect op RNA, dus we zijn beperkt tot UV-A-licht in de synthese", legt Mark Somoza uit, van het Instituut voor Anorganische Chemie.

Naast het innovatieve gebruik van fotolithografie, de onderzoekers konden ook een nieuwe beschermende groep voor de RNA 2'-hydroxylgroep ontwikkelen die compatibel is met fotolithografische synthese. De nieuwe beschermende groep is r (ALE), wat ook zeer hoge opbrengsten (meer dan 99 procent) geeft in de koppelingsreacties tussen de toegevoegde RNA-monomeren in de verlenging van de RNA-streng. "De combinatie van een hoog synthetisch rendement en gebruiksgemak maakt het mogelijk om de bereiding van langere, en functioneel, RNA-moleculen op microchips", zegt Jory Liétard, postdoc van de groep van Mark Somoza.