Behalve dat het vereist is voor enkele van de kerntechnieken van de moleculaire biologie, reverse transcriptase (RT) enzymen hebben een sleutelrol gespeeld in synthetische genetica door synthese mogelijk te maken, replicatie, en evolutie van xeno-nucleïnezuren (XNA's). Echter, voor de meeste XNA-chemie, er zijn geen RT-enzymen beschikbaar of bestaande enzymen hebben een lage activiteit. de groep van Philipp Holliger, in de PNAC-divisie van de LMB, hebben een nieuwe gerichte evolutiemethode ontwikkeld om RT-activiteit voor elke nucleïnezuurchemie te verbeteren en een nieuwe groep optimale RT-enzymen ontdekt.

XNA's zijn genetische polymeren zoals DNA of RNA, maar met gewijzigde suikerringen, bases, of ruggengraat. Ondanks deze verschillende chemie, ze zijn nog steeds in staat om genetische informatie op te slaan en door te geven en kunnen enzymatische functies uitvoeren zoals RNA-enzymen, ook wel ribozymen genoemd. Ze kunnen ook functioneren als aptameren en binden aan eiwitten met een hoge specificiteit en affiniteit, net zoals antistoffen dat doen. Deze functies en de gevarieerde eigenschappen die het gevolg zijn van hun verschillende chemie betekenen dat XNA's een breed scala aan toepassingen in de biotechnologie en geneeskunde kunnen hebben. Echter, generatie van XNA-aptameren en XNAzymes is beperkt door gebrek aan high-fidelity RT-enzymen.

Wat is reverse transcriptie?

De eerste stap van het zogenaamde centrale dogma van de moleculaire biologie is de transcriptie van DNA om RNA te produceren. RNA kan ook omgekeerd worden getranscribeerd om DNA te produceren en synthetische RT-enzymen geven toegang tot XNA's.

Door wetenschappers in staat te stellen RNA om te zetten in DNA, RT-enzymen maken het voor wetenschappers mogelijk om gemakkelijker te bestuderen welke genen in cellen worden getranscribeerd, en dus welke genen "aan, " door middel van kerntechnieken zoals RT-PCR en RNAseq. Naast toepassingen in onderzoek, deze capaciteit wordt ook gebruikt voor medische tests, om te testen op de aanwezigheid van viraal RNA, ook in COVID-19-tests.

Om het gebrek aan high-fidelity RT-enzymen aan te pakken, Gillian Houlihan en anderen van Philipp's groep ontwikkelden een nieuwe gerichte evolutietechniek die leidde tot de ontdekking van een nieuwe groep optimale RT-enzymen die genetische informatie nauwkeuriger en efficiënter kunnen decoderen. belangrijk, deze nieuwe methode is compatibel met elke nucleïnezuurchemie en hun ontdekking omvat nieuwe RT-enzymen voor XNA-chemie waarvoor voorheen geen RT-enzym bestond. Onder de nieuwe RT-enzymen zijn de eerste enzymen die actief kunnen proeflezen tijdens XNA reverse transcriptie, nauwkeurigheid verbeteren.

High-fidelity RNA RT-enzymen zullen onmiddellijk worden toegepast in onderzoek en biotechnologie, omdat ze een verbeterde sequencing-nauwkeurigheid zullen bieden bij het analyseren van cellulaire of virale RNA's. Verbeterde XNA RT-activiteit zal waarschijnlijk helpen bij de ontwikkeling van nieuwe XNA-aptameren die nuttig kunnen zijn in de diagnostiek en therapie voor een breed scala aan ziekten. Als een specifiek voorbeeld, dit werk omvat het eerste RT-enzym voor de XNA-chemie die wordt gebruikt in het anti-sense oligo-medicijn nusinersen dat door de FDA en EMA is goedgekeurd voor de behandeling van spinale musculaire atrofie. De ontdekking van dit RT-enzym opent de mogelijkheid om het niveau en de halfwaardetijd van dit medicijn bij patiënten te kwantificeren, die de behandeling kunnen helpen.