RNR ant lusto

Nuo tada, kai 1996 m. pasirodė biolustai, tokie kaip DNR mikroschemos, mokslininkai stengėsi padidinti savo diagnostikos galimybes. Dabar Jeilio universiteto tyrimų grupė, vadovaujama biologijos profesoriaus Ronaldo Breakerio, sukūrė RNR pagrindu pagamintos mikromasyvos prototipą, kuris žada sukurti galingą diagnostikos laboratoriją ant cento dydžio lusto.

Jau daugelį metų Breakeris kūrė teoriją, kad RNR, o ne DNR, buvo pagrindinė gyvybės sudedamoji dalis prieš 3,5 milijardo metų. Skirtingai nuo DNR, biblioteka, kurioje yra mūsų genetinis kodas-RNR, yra dinamiška, vykdo DNR sandėlyje esančias instrukcijas ir organizuoja baltymų sintezę.

1995 m. Breakeris ir jo komanda mėgintuvėlyje pradėjo prikelti šį išnykusį RNR pasaulį ir sėkmingai sukūrė RNR pagrindu veikiančius molekulinius jungiklius. (Molekulinis jungiklis yra molekulė, kurią įjungia arba išjungia kita molekulė ar junginys.)

RNR masyvas

Kai po ranka yra daugybė šių jungiklių, Breakeris pagalvojo, kodėl gi jų neišdėliojus ant paviršiaus ir nesukūrus daugybės biosensorių, naudojančių RNR junginiams matuoti ar aptikti? Sukūręs RNR jungiklius, kad aptiktų daugybę skirtingų junginių, Breakeris žinojo, kad jo masyvo potencialas gali pranokti DNR lusto potencialą, kuris identifikuoja konkrečias DNR ar RNR sekas ir nieko daugiau.

Norėdami sukurti prototipą, Breaker padėjo RNR jungiklius ant auksu padengto silicio paviršiaus ir sudėliojo juos į grupes. Kiekvienas jungiklis buvo sukurtas taip, kad prisijungtų tik prie konkrečios molekulės – jos taikinio – ir tada išleistų signalą, identifikuojantį tikslinę molekulę. (Prototipe jungikliai išleido radioaktyvų signalą.)

Kaip pranešta balandžio mėn Gamtos biotechnologija Breakeris ir jo komanda išbandė RNR jungiklių masyvą įvairiuose sudėtinguose mišiniuose. Vieno eksperimento metu jie sėkmingai nustatė skirtingas štamas E. coli randama bakterijų kultūrose.

Pasekmės viliojančios. Masyvo galimybė vienu metu identifikuoti potencialiai didelį junginių skaičių, kartu su tiksliu kiekvieno jungiklio išskirtinumu, sudaro galingos ir plataus spektro laboratorijos receptą ant cento dydžio silicio gabalo.

RNR superčipas

Breakerio išradimas atveria kelią ateities RNR lustams, galintiems atskleisti sudėtingų mišinių, panašių į kraujo serumą ir pramonines atliekas, molekulinę sudėtį – daug išsamiau nei dabartiniai biolustai.

Išplėstinės mūsų RNR biolusto versijos gali būti naudojamos daugeliui skirtingų taikinių, tokių kaip vaistai, toksinai ir metabolitai, taip pat baltymai ir nukleino rūgštys, sako Breakeris. Jie turėtų sugebėti aptikti beveik viską, prie ko RNR gali prisijungti.

Be to, preliminari Breakerio darbo sėkmė atveria naują erą, vadinamą „aktyviomis matricomis“, – teigia Geraldas Joyce'as, molekulinis biologas iš Scripps tyrimų instituto La Jolla, Kalifornijoje. Iš tiesų, turėtų būti įmanoma sukurti RNR jungiklius, kad jie padarytų daug daugiau neįprastų dalykų nei taikinio identifikavimas, sako Breakeris. Vienas iš pavyzdžių yra genų ekspresijos reguliavimas.

Kitas RNR jungiklių pranašumas yra jų gebėjimas atlaikyti kartais nenuspėjamą ir atšiaurią aplinką už laboratorijos ribų. Breakeris juos lygina su baltyminiu biočipu ir teigia, kad pastarasis, netyčia pakaitintas, kepa kaip kiaušinis. Baltymai išsiskleidžia ir jūs niekada nebegalite vėl sudėti sudėtingų struktūrų, sako jis.

Breaker RNR jungikliai buvo sukurti taip, kad po kaitinimo vėl sulankstytų į pradinę formą. „Breaker“ tvirtina, kad šis atšaukiamasis požymis suteiks RNR biolustams didelį pranašumą juos naudoti egzotiškesnėse bandymų aplinkose.

Kelionė iš čia

Kitas RNR jungiklių žingsnis yra gana aiškus, sako Joyce. Jie turi būti sukurti taip, kad skleistų fluorescencinį, o ne radioaktyvųjį signalą. Šis patobulinimas leistų laboratorijoms panaudoti jau esamą įrangą ir apeiti reguliavimo biurokratiją, o tai leistų greitai sukurti RNR lustą, kuriame yra iki 1000 jungiklių. Ir tai yra biosensorių matricų masinės lygiagrečios analizės ant mažiausio įmanomo paviršiaus tikslas.

Breakeris sako, kad jo tikslas yra sutalpinti tūkstančio mokslininkų galimybes į cento dydžio lustą ir tūkstantį kartų greičiau generuoti norimus atsakymus. Be biomedicininių tyrimų, jis mato daugybę RNR lusto naudojimo būdų įvairiose srityse, tokiose kaip chemijos inžinerija, aplinkos mokslas ir netgi biologinė bei cheminio karo gynyba.

Tačiau vis dar yra tam tikrų kliūčių, ypač susijusių su gamybos sąnaudomis, cheminiu jungiklių stabilumu ir kai kuriais smulkesniais molekulinio atpažinimo taškais.

Ši technologija yra tokia nauja, kad neaišku, kiek skirtingų junginių bus įmanoma atpažinti, sako Teksaso universiteto biochemikas Andrew Ellingtonas. Pavyzdžiui, nėra paskelbtų baltymų atpažinimo pavyzdžių. Be to, RNR yra pažeidžiama tam tikroms cheminėms medžiagoms, dažnai aptinkamoms bandymo situacijose, kurios gali suardyti jungiklį.

Breakerio komanda stengiasi išspręsti kai kurias iš šių kliūčių, pavyzdžiui, pašalina visus RNR ardančius junginius iš bandomųjų mėginių. Jie taip pat stengiasi sukurti DNR, kad ji galėtų atlikti tam tikras RNR panašias funkcijas.

Tai galėtų padaryti tuos tūkstančius mokslininkų dar protingesnius.

paslėpti