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Il toolkit biologico aiuterà i ricercatori a progettare le nuove funzioni in cellule di mammiferi

Un nuovo toolkit sintetico di biologia sviluppato alla Northwestern University aiuterà i ricercatori a progettare le cellule di mammiferi con le nuove funzionalità.

Il toolkit, chiamato il Composable elementi mammiferi di trascrizione (COMETA), include un insieme di fattori di trascrizione sintetici e di promotori che permettono alla progettazione ed alla sintonizzazione dei programmi di espressione genica in un modo non precedentemente possibile. Il risultato ha potuto essere nuove terapie per le malattie dell'difficile--ossequio, come cancro.

“Il nostro scopo a lungo termine sta permettendo ai bioengineers di sviluppare alle le terapie basate a cella personalizzabili e bollire uno scopo di progettazione giù in un programma genetico richiede le parti biologiche adatte. La costruzione del questo toolkit della COMETA era un punto importante verso permetterci vero di progettare le nuove funzioni in cellule di mammiferi,„ ha detto Josh Leonard, professore associato di assistenza tecnica chimica e biologica al banco del McCormick dell'università Northwestern di assistenza tecnica, che piombo la ricerca. È egualmente un membro del centro nordoccidentale per biologia sintetica.

I risultati sono stati pubblicati il 7 febbraio nelle comunicazioni della natura del giornale.

Creazione della nuova tecnologia per sintonizzare le celle

I ricercatori sintetici di biologia guardano per riprogrammare le celle cambiando il loro DNA per dare loro la nuova funzionalità. Mentre i ricercatori hanno avuti successo che riprogrammano il DNA delle celle dei batteri per creare la nuovi terapeutica e prodotti chimici, le cellule di mammiferi corrente sono più difficili da modificare a causa della loro biologia di fondo complicata.

Gli strumenti potenti come CRISPR-Cas9 possono modificare i singoli geni all'interno di queste celle, ma quegli strumenti non permettono che i ricercatori crino prontamente la funzionalità più sfumata e più specializzata che richiede introdurre e spesso finetuning le reti genetiche novelle.

Leonard ed il suo gruppo sono interessati nelle terapie basate a cella di sviluppo -- il simile ha riprogrammato le celle che trovano i tumori nell'organismo e trattano il cancro ai siti della malattia -- ma rend contoere che hanno dovuto sviluppare un toolkit per costruire molti con funzionalità che potrebbero essere le più utili. Gli avanzamenti recenti nel campo hanno aperto la strada per l'identificazione delle funzioni terapeutiche desiderabili, anche nel contesto di così sistema complicato e la sfida chiave stava capendo come modificare una cella per assolvere quelle mansioni.

Le terapie che ci sviluppiamo richiedono le tecnologie specializzate. C'era un'opportunità di sviluppare una tale tecnologia per ampliare le funzioni che possiamo applicare in una cellula di mammiferi. Così, poichè stavo iniziando il mio PhD, noi si sono sedute ed hanno chiesto, “che caratteristiche noi vorrebbero in un toolkit di assistenza tecnica della trascrizione? “„

Patrick Donahue, dottorando nel laboratorio di Leonard e primo autore del documento

Una nuova libreria per avanzare il campo

Il gruppo poi ha lavorato per sviluppare una libreria dei promotori e dei fattori di trascrizione -- quale DNA della copia in RNA -- quello permette alla progettazione ed alla sintonizzazione dell'espressione genica. Gli autori hanno caratterizzato queste componenti e come lavorano insieme per permettere alla sintonizzazione precisa dei livelli di espressione genica. Egualmente hanno sviluppato un modello matematico che spiega come il sistema funziona.

“Per una tecnologia sintetica di biologia, avere un modello matematico è essenziale per permettere riutilizzabile ed i moduli prevedibili che altro ricerca possono applicarsi ed espandersi su. Modelliamo questo principio nel sistema della COMETA,„ ha detto la NEDA Bagheri, che ha collaborato con Leonard. Bagheri è professore dell'aggiunta del socio di assistenza tecnica chimica e biologica a nordoccidentale e di un ricercatore distinto delle fondamenta di ricerca di Washington all'università di Washington Seattle.

Ora, Leonard ed il suo gruppo stanno lavorando per utilizzare la piattaforma per sviluppare i sistemi biologici che possono espletare le funzioni specializzate, come la consegna delle terapie direttamente ai tumori. Quello comprende programmare una cella potere valutare il suo ambiente per determinare se il tessuto è sano o cancerogeno.

Una missione chiave per il gruppo sta rendendo questa nuova tecnologia disponibile facilmente ad altri gruppi, di modo che altre possono sia espandere la COMETA che usarla più ulteriormente per ricercare attraverso i campi multipli. Il documento di prepublication su bioRxiv già ha ricevuto molta attenzione e le parti biologiche saranno distribuite sotto forma di un kit da Addgene.

“la COMETA permetterà ai ricercatori di verificare le ipotesi che non erano altrimenti possibili per provare, aiutante ci sia a sviluppare le biotecnologie utili che a migliorare la nostra comprensione dei trattamenti complicati, come la funzione o lo sviluppo immune. Nei campi tecnici emergenti gradisca la biologia sintetica, creante le piattaforme della tecnologia è vitale per l'accensione dell'innovazione. Siamo eccitati per vedere che COMETA permetterà alla nostra comunità di fare dopo,„ Leonard abbiamo detto.

Questo lavoro è stato supportato in parte da una concessione dall'istituto nazionale della rappresentazione biomedica e dalla bioingegneria, parte di NIH (EB026510). Ciò è il primo premio dal meccanismo del finanziamento di NIH primo dedicato specificamente a supportare la biologia sintetica.

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.