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L'ensemble d'outils biologique aidera des chercheurs à concevoir des fonctionnements neufs en cellules mammifères

Un ensemble d'outils synthétique neuf de biologie développé à l'Université Northwestern aidera des chercheurs à concevoir les cellules mammifères avec des fonctionnalités neuves.

L'ensemble d'outils, appelé les éléments mammifères de Composable de la transcription (COMÈTE), comprend un ensemble de facteurs synthétiques et de promoteurs de transcription qui activent le modèle et l'ajustement des programmes d'expression du gène d'une voie pas précédemment possible. Le résultat a pu être des traitements neufs pour les maladies de difficile-à-festin, comme le cancer.

« Notre objectif à long terme permet à des bioengineers d'établir des traitements cellulaires personnalisables et bouillir un objectif de modèle vers le bas dans un programme génétique exige les pièces biologiques adaptées. L'établissement de cet ensemble d'outils de COMÈTE était une étape importante vers nous permettre de concevoir vraiment des fonctionnements neufs en cellules mammifères, » a dit Josh Léonard, professeur agrégé du bureau d'études chimique et biologique à l'école de McCormick de l'Université Northwestern du bureau d'études, qui a abouti la recherche. Il est également un membre de centre du nord-ouest pour la biologie synthétique.

Les résultats étaient le 7 février publié dans les transmissions de nature de tourillon.

Produire la technologie neuve pour ajuster des cellules

Les chercheurs synthétiques de biologie examinent pour reprogrammer des cellules en changeant leur ADN pour leur donner la fonctionnalité neuve. Tandis que les chercheurs ont eu la réussite reprogrammant l'ADN des cellules de bactéries pour produire la thérapeutique et les produits chimiques neufs, il est actuel plus difficile modifier les cellules mammifères à cause de leur biologie fondamentale compliquée.

Les puissants outils comme CRISPR-Cas9 peuvent éditer des gènes uniques dans ces cellules, mais ces outils ne permettent pas à des chercheurs de produire promptement une fonctionnalité plus diversifiée et plus sophistiquée qui exige introduire et finetuning souvent les réseaux génétiques nouveaux.

Léonard et son équipe sont intéressés à développer des traitements cellulaires -- le goût a reprogrammé les cellules qui trouvent des tumeurs dans le fuselage et traitent le cancer aux sites de la maladie -- mais rendu compte qu'ils ont dû développer un ensemble d'outils pour construire on avec des fonctionnalités qui pourraient être les plus utiles. Les progrès récents dans le domaine ont préparé le terrain pour recenser des fonctionnements thérapeutiques désirables, même dans le contexte d'un système si compliqué, et le défi principal figurait à l'extérieur comment modifier une cellule pour effectuer ces tâches.

Les traitements que nous développons exigent des technologies sophistiquées. Il y avait une opportunité de développer une telle technologie pour augmenter les fonctionnements que nous pouvons mettre en application dans une cellule mammifère. Ainsi, car je commençais mon PhD, nous se sont assises et ont demandé, « quelles caractéristiques nous voudraient dans un ensemble d'outils de bureau d'études de transcription ? «  »

Patrick Donahue, étudiant de troisième cycle en laboratoire de Léonard et premier auteur du papier

Une bibliothèque neuve pour avancer l'inducteur

Le groupe a alors travaillé pour développer une bibliothèque des promoteurs et des facteurs de transcription -- quelle copie ADN dans l'ARN -- cela activent le modèle et l'ajustement de l'expression du gène. Les auteurs ont caractérisé ces composantes et comment ils travaillent ensemble afin d'activer l'ajustement précis des niveaux d'expression du gène. Ils ont également développé un modèle mathématique qui explique comment le système fonctionne.

« Pour une technologie synthétique de biologie, avoir un modèle mathématique est essentiel pour l'activation réutilisable et les modules prévisibles qu'autre recherche peuvent s'appliquer et augmenter au moment. Nous modélisons ce principe dans le système de COMÈTE, » a dit la NEDA Bagheri, qui a collaboré avec Léonard. Bagheri est professeur de complément d'associé du bureau d'études chimique et biologique à du nord-ouest et d'un chercheur distingué de fondation de recherches de Washington à l'université de Washington Seattle.

Maintenant, Léonard et son équipe travaillent pour utiliser la plate-forme pour établir les systèmes biologiques qui peuvent effectuer des fonctionnements sophistiqués, comme fournir des traitements directement aux tumeurs. Cela concerne programmer une cellule pouvoir évaluer son environnement pour déterminer si le tissu est sain ou cancéreux.

Une mission principale pour le groupe rend cette technologie neuve facilement disponible à d'autres groupes, de sorte que d'autres puissent augmenter la COMÈTE et l'employer pour rechercher plus plus loin en travers des inducteurs multiples. Le papier de prepublication sur le bioRxiv a déjà suscité beaucoup d'attention, et les pièces biologiques seront distribuées sous forme d'un nécessaire par Addgene.

La « COMÈTE permettra à des chercheurs d'évaluer les hypothèses qui n'étaient pas autrement possibles pour vérifier, nous aidant à établir des biotechnologies utiles et à améliorer notre compréhension des procédés compliqués, comme la fonction immunitaire ou le développement. Dans les domaines techniques apparaissants aimez la biologie synthétique, produisant des plates-formes techniques est indispensable pour susciter l'innovation. Nous sommes excités pour voir quelle COMÈTE permettra à notre communauté de faire ensuite, » Léonard avons dit.

Ce travail a été supporté en partie par une concession de l'institut national de la représentation biomédicale et de la bio-ingénierie, une partie de NIH (EB026510). C'est la première récompense du mécanisme du financement de NIH premier consacré particulièrement à supporter la biologie synthétique.

Source:
Journal reference:

Donahue, P.S., et al. (2020) The COMET toolkit for composing customizable genetic programs in mammalian cells. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-019-14147-5.