Effectieve diagnostiek, therapieën en behandelingen voor ziekten en infecties kunnen in toenemende mate inhouden dat de interne biomechanismen van het lichaam opnieuw worden ontworpen op hun meest fundamentele chemische en moleculaire basis.

Toenemende kennis over de biologische processen van het lichaam vergroot de mogelijkheden voor het herstellen van de menselijke gezondheid, zegt Xiao Wang, een universitair hoofddocent biomedische technologie aan de Ira A. Fulton Schools of Engineering van de Arizona State University. Hij en een team van onderzoekers onderzoeken manieren om celdifferentiatie en -overgang te activeren en te controleren om eigenschappen te ontgrendelen die de benadering van bio-ingenieurs ten aanzien van diagnostiek kunnen veranderen, vaccinontwikkeling en therapeutische behandelingen.

Recent onderzoek onder leiding van Wang en Alexander Green, een assistent-professor biomedische technologie aan de Boston University, onthult meer over het potentieel voor het ontwerpen van kleine add-on-structuren voor biomoleculen die hun eigenschappen kunnen verbeteren.

"Er zouden nieuwe en betere soorten toepassingen voor diagnostiek kunnen zijn, therapieën en behandelingen, en voor genoomengineering, ", zegt Wang. "Dit kunnen grote bijdragen zijn aan de biogeneeskunde."

De details over wat het onderzoek kan opleveren, verschijnen in het artikel Predictable control of RNA life using engineered degradatie-tuning RNAs, deze week gepubliceerd in het onderzoekstijdschrift Natuur Chemische Biologie .

Wang en Green richten zich op boodschapper-RNA, of mRNA, die genetische informatie van DNA draagt, het molecuul dat de genetische blauwdruk bevat die nodig is om organismen te ontwikkelen en in stand te houden, inclusief mensen.

Binnen cellen, mRNA verzendt berichten van DNA naar de eiwitproducerende ribosomen, hen te informeren over welke eiwitten op een bepaald moment moeten worden gesynthetiseerd. Hoewel de status van DNA als de informatieopslagplaats van de cel betekent dat het zeer stabiel is, De boodschapdragende rol van mRNA betekent dat het snel degradeert. Deze degradatie heeft het moeilijker gemaakt om op RNA gebaseerde therapieën en diagnostiek te implementeren.

Wang, Green en hun onderzoeksteam bedenken methoden om degradatie te beheersen om voorspelbare, nauwkeurige en stabiele resultaten. Het nieuwe onderzoekspaper beschrijft hoe ze proberen de snelheid van mRNA-afbraak te verfijnen om het vermogen om biotechnologische functies uit te voeren te vergroten. Om dit te doen, ze hebben specifieke structurele kenmerken van RNA geïdentificeerd om een ​​bibliotheek van RNA-componenten op te bouwen die degradatie-tuning RNA's worden genoemd, of dtRNA's.

Door de dtRNA's door middel van genetische manipulatie aan een RNA van belang te hechten, kunnen ze de afbraaksnelheid van het RNA verhogen of verlagen, en het afstemmen van genexpressieniveaus in vivo en in vitro, hetzij in een levend organisme of in een laboratoriumomgeving.

"We ontdekten dat dtRNA's kunnen worden gebruikt met een verscheidenheid aan verschillende soorten RNA's en de genexpressieniveaus over een zeer breed bereik kunnen wijzigen. Deze mogelijkheden kunnen de snelheid en gevoeligheid van medische diagnostiek verhogen en ons een betere controle geven over de celfunctie, " zegt Groen, die van 2015 tot 2020 assistent-professor was in het Biodesign Institute en School of Molecular Sciences van ASU en momenteel adjunct-professor is bij de school.

Een van de meer impactvolle resultaten van deze raffinageprocessen zou de ontwikkeling kunnen zijn van op mRNA gebaseerde vaccins die vooral effectief zouden zijn tegen virussen, zegt Wang.

"We kunnen de structuur van RNA-moleculen op snellere en meer systematische manieren ontwerpen, waardoor ze efficiënter worden in hoe ze zich gedragen, " hij zegt.

Deze gedragsveranderingen zullen informeren hoe effectief het bio-engineeringproces van Wang en Green zal zijn bij het vergroten van de effectiviteit van diagnostiek, vaccins, therapieën en behandelingen.