RNS uz mikroshēmas

Kopš 1996. gada, kad uz skatuves parādījās biočipi, piemēram, DNS mikroshēmas, pētnieki ir centušies palielināt savas diagnostikas iespējas. Tagad Jēlas universitātes pētnieku grupa bioloģijas profesora Ronalda Brēkera vadībā ir izveidojusi prototipu uz RNS balstītam mikromasīvam, kas sola ievietot jaudīgu diagnostikas laboratoriju uz dimetānnaftalīna izmēra mikroshēmas.

Gadiem ilgi Brēkers ir piedomājis pie teorijas, ka pirms 3,5 miljardiem gadu dzīvības galvenā sastāvdaļa bija RNS, nevis DNS. Atšķirībā no DNS, bibliotēka, kas satur mūsu ģenētisko kodu-RNS, ir dinamiska, izpildot DNS noliktavā esošās instrukcijas un organizējot proteīnu sintēzi.

1995. gadā Breikers un viņa komanda sāka atjaunot šo izmirušo RNS pasauli mēģenē un veiksmīgi izstrādāja uz RNS balstītus molekulāros slēdžus. (Molekulārais slēdzis ir molekula, kuru ieslēdz vai izslēdz cita molekula vai savienojums.)

Masīvs RNS

Ja ir pieejami vairāki desmiti šo slēdžu, Breaker domāja, kāpēc gan neizkārtot tos uz virsmas un izveidot virkni biosensoru, kas izmanto RNS savienojumu mērīšanai vai noteikšanai? Izstrādājot RNS slēdžus, lai noteiktu daudz dažādu veidu savienojumus, Breakers zināja, ka viņa masīva potenciāls var pārsniegt DNS mikroshēmas potenciālu, kas identificē noteiktas DNS vai RNS sekvences un neko citu.

Lai izveidotu prototipu, Breaker novietoja RNS slēdžus uz silīcija virsmas, kas pārklāta ar zeltu, un sakārtoja tos kopās. Katrs slēdzis tika izstrādāts, lai saistīties tikai ar noteiktu molekulu — tās mērķi — un pēc tam atbrīvotu signālu, kas identificē mērķa molekulu. (Prototipā slēdži izlaida radioaktīvo signālu.)

Kā ziņots aprīlī Dabas biotehnoloģija , Breaker un viņa komanda pārbaudīja RNS slēdžu klāstu dažādos sarežģītos maisījumos. Vienā eksperimentā viņi veiksmīgi identificēja dažādus celmus E. coli atrodami baktēriju kultūrās.

Sekas ir vilinošas. Masīva spēja vienlaikus identificēt potenciāli lielu savienojumu skaitu, apvienojumā ar katra slēdža precīzu ekskluzivitāti, veido recepti jaudīgai un plaša spektra laboratorijai uz dimetānnaftalīna izmēra silīcija šķēles.

RNS superčips

Breaker izgudrojums paver ceļu nākotnes RNS mikroshēmām, kas spēj atklāt sarežģītu maisījumu, piemēram, asins seruma un rūpniecisko atkritumu molekulāro sastāvu, daudz plašāk nekā pašreizējās biočipus.

Mūsu RNS biočipa uzlabotās versijas var izmantot daudziem dažādiem mērķiem, piemēram, zālēm, toksīniem un metabolītiem, kā arī olbaltumvielām un nukleīnskābēm, saka Breikers. Viņiem jāspēj noteikt gandrīz visu, ar ko RNS var saistīties.

Turklāt Breakera darba provizoriskie panākumi ievada jaunu laikmetu, ko varētu saukt par “aktīvajiem masīviem”, paziņo Džeralds Džoiss, molekulārais biologs no Scripps pētniecības institūta Lajolla, Kalifornijā. Patiešām, vajadzētu būt iespējai konstruēt RNS slēdžus, lai veiktu daudz neparastākas lietas nekā mērķa identificēšana, saka Breikers. Viens piemērs ir gēnu ekspresijas regulēšana.

Vēl viena RNS slēdžu priekšrocība ir to spēja izturēt dažkārt neparedzamo un skarbo vidi ārpus laboratorijas. Breikers tos salīdzina ar proteīna biočipu un saka, ka pēdējais, ja nejauši tiek uzkarsēts, cepas kā ola. Viņš saka, ka olbaltumvielas izvēršas, un jūs nekad vairs nevarat apvienot sarežģītās struktūras.

Breaker RNS slēdži ir izstrādāti tā, lai pēc karsēšanas atgrieztos sākotnējā formā. Šis snapback raksturs sniegs RNS biočipiem ievērojamas priekšrocības izmantošanai eksotiskākās testa vidēs, apgalvo Breaker.

Nokļūšana no šejienes

Nākamais solis RNS slēdžiem ir diezgan skaidrs, saka Džoiss. Tiem jābūt konstruētiem tā, lai tie atbrīvotu fluorescējošu, nevis radioaktīvu signālu. Šis uzlabojums ļautu laboratorijām izmantot jau esošās iekārtas un apiet normatīvo birokrātiju, ļaujot ātri izstrādāt RNS mikroshēmu, kurā ir līdz pat 1000 slēdžu. Un tas ir biosensoru bloku masīvas paralēlās analīzes mērķis uz mazākās iespējamās virsmas.

Breikers saka, ka viņa mērķis ir tūkstoš zinātnieku spējas ielikt dimetānnaftalīna izmēra mikroshēmā, vienlaikus ģenerējot vajadzīgās atbildes tūkstoš reižu ātrāk. Papildus biomedicīnas pētījumiem viņš redz daudzus RNS mikroshēmas lietojumus dažādās jomās, piemēram, ķīmiskajā inženierijā, vides zinātnē un pat bioloģiskā un ķīmiskā kara aizsardzībā.

Tomēr joprojām pastāv daži šķēršļi, jo īpaši saistībā ar ražošanas izmaksām, slēdžu ķīmisko stabilitāti un dažiem smalkākajiem molekulārās atpazīšanas punktiem.

Šī tehnoloģija ir tik jauna, ka nav skaidrs, cik daudz dažādu savienojumu būs iespējams atpazīt, saka Endrjū Elingtons, Teksasas universitātes bioķīmiķis. Piemēram, nav publicētu olbaltumvielu atpazīšanas piemēru. Turklāt RNS ir neaizsargāta pret noteiktām ķīmiskām vielām, kas bieži sastopamas testa situācijās un kuras var sabojāt slēdzi.

Breaker komanda strādā, lai atrisinātu dažas no šīm problēmām, piemēram, no testa paraugiem attīra visus RNS iznīcinošos savienojumus. Viņi arī strādā, lai izstrādātu DNS, lai tā varētu veikt noteiktas RNS līdzīgas funkcijas.

Tas varētu padarīt šos tūkstošus zinātniekus vēl gudrākus.

paslēpties