211service.com
RNA na čipu
Od doby, kdy v roce 1996 přišly na scénu biočipy, jako jsou mikročipy DNA, vědci závodili ve zvýšení svých diagnostických schopností. Nyní výzkumný tým na univerzitě v Yale vedený profesorem biologie Ronaldem Breakerem vytvořil prototyp mikročipu založeného na RNA, který slibuje umístit výkonnou diagnostickou laboratoř na čip o velikosti desetníku.
Breaker si léta pohrával s teorií, že základní složkou života před 3,5 miliardami let byla RNA, nikoli DNA. Na rozdíl od DNA - knihovna obsahující náš genetický kód - RNA je dynamická, provádí instrukce ve skladišti DNA a řídí syntézu proteinů.
V roce 1995 Breaker a jeho tým začali oživovat tento zaniklý svět RNA ve zkumavce a v tomto úsilí úspěšně zkonstruovali molekulární přepínače založené na RNA. (Molekulární spínač je molekula, která je zapnuta nebo vypnuta jinou molekulou nebo sloučeninou.)
Pole pro RNA
S desítkami těchto spínačů po ruce, pomyslel si Breaker, proč je neuspořádat na povrchu a nevytvořit řadu biosenzorů, které používají RNA k měření nebo detekci sloučenin? Tím, že zkonstruoval přepínače RNA k detekci mnoha různých druhů sloučenin, Breaker věděl, že potenciál jeho pole by mohl překonat potenciál DNA čipu, který identifikuje specifické sekvence DNA nebo RNA a nic jiného.
K vytvoření prototypu Breaker umístil přepínače RNA na pozlacený křemíkový povrch a uspořádal je do shluků. Každý přepínač byl navržen tak, aby se vázal pouze na specifickou molekulu - její cíl - a poté uvolnil signál, který identifikuje cílovou molekulu. (V prototypu spínače uvolnily radioaktivní signál.)
Jak bylo oznámeno v dubnu Přírodní biotechnologie Breaker a jeho tým testovali řadu přepínačů RNA na různých komplexních směsích. V jednom experimentu úspěšně identifikovali různé kmeny E-coli vyskytující se v bakteriálních kulturách.
Důsledky jsou lákavé. Schopnost pole současně identifikovat potenciálně velký počet sloučenin v kombinaci s přesnou exkluzivitou každého přepínače tvoří recept na výkonnou a rozsáhlou laboratoř na plátku křemíku o velikosti desetníku.
RNA superčip
Breakerův vynález otevírá cestu pro budoucí čipy RNA schopné odhalit molekulární složení komplexních směsí, jako je krevní sérum a průmyslový odpad, mnohem komplexněji než současné biočipy.
Pokročilé verze našeho biočipu RNA by mohly být použity pro mnoho různých cílů, jako jsou léky, toxiny a metabolity, stejně jako proteiny a nukleové kyseliny, říká Breaker. Měli by být schopni detekovat téměř cokoli, na co lze vytvořit vazbu RNA.
Kromě toho předběžný úspěch Breakerovy práce zahajuje novou éru toho, co by se dalo nazvat „aktivní pole“, prohlašuje Gerald Joyce, molekulární biolog ve Scripps Research Institute v La Jolla, CA. Ve skutečnosti by mělo být možné zkonstruovat přepínače RNA tak, aby dělaly mnohem neobyčejnější věci, než je identifikace cíle, říká Breaker. Jedním příkladem je regulace genové exprese.
Další výhodou přepínačů RNA je jejich schopnost odolat někdy nepředvídatelnému a drsnému prostředí mimo laboratoř. Breaker je porovnává s proteinovým biočipem a říká, že ten druhý, pokud se náhodou zahřeje, smaží jako vejce. Proteiny se rozvinou a složité struktury už nikdy nemůžete dát dohromady, říká.
Přepínače RNA Breaker byly navrženy tak, aby se po zahřátí znovu složily do původní podoby. Tento snap-back charakter poskytne biočipům RNA značnou výhodu pro použití v exotičtějších testovacích prostředích, tvrdí Breaker.
Jak se tam dostat odtud
Další krok pro přepínače RNA je docela jasný, říká Joyce. Musí být navrženy tak, aby uvolňovaly spíše fluorescenční než radioaktivní signál. Toto vylepšení by umožnilo laboratořím využívat již existující vybavení a obejít regulační byrokracii, což by umožnilo rychlý vývoj RNA čipu obsahujícího až 1000 přepínačů. A to je cílem biosenzorových polí – masivní paralelní analýzy na co nejmenším povrchu.
Breaker říká, že jeho cílem je vložit schopnosti tisíce vědců do čipu o velikosti desetníku a zároveň tisíckrát rychleji generovat požadované odpovědi. Kromě biomedicínského výzkumu vidí mnoho využití RNA čipu v různých oblastech, jako je chemické inženýrství, věda o životním prostředí a dokonce i obrana proti biologickým a chemickým válkám.
Stále však existují určité překážky, zejména s výrobními náklady, chemickou stabilitou spínačů a některými jemnějšími body molekulárního rozpoznávání.
Tato technologie je tak nová, že není jasné, kolik různých sloučenin bude možné rozpoznat, říká Andrew Ellington, biochemik z University of Texas. Například neexistují žádné publikované příklady rozpoznávání proteinů. Kromě toho je RNA zranitelná vůči určitým chemikáliím, které se často vyskytují v testovacích situacích a které mohou rozložit přepínač.
Breakerův tým pracuje na řešení některých z těchto zádrhelů, jako je odstranění jakýchkoli sloučenin ničících RNA z testovacích vzorků. Pracují také na inženýrství DNA, aby mohla vykonávat určité funkce podobné RNA.
To by mohlo těch tisíc vědců na čipu udělat ještě chytřejšími.