O conjunto de ferramentas biológico ajudará pesquisadores a projectar funções novas em pilhas mamíferas

Um conjunto de ferramentas sintético novo da biologia desenvolvido na Universidade Northwestern ajudará pesquisadores a projectar pilhas mamíferas com funcionalidades novas.

O conjunto de ferramentas, chamado o Composable elementos mamíferos da transcrição (COMETA), inclui um conjunto de factores sintéticos e de promotores da transcrição que permitem o projecto e o ajustamento de programas da expressão genética em uma maneira não previamente possível. O resultado podia ser terapias novas para doenças do difícil-à-deleite, como o cancro.

“Nosso objetivo a longo prazo está permitindo bioengineers de construir terapias baseados em celulas customizáveis e ferver um objetivo do projecto para baixo em um programa genético exige as peças biológicas apropriadas. Construir este conjunto de ferramentas do COMETA era uma etapa importante para a possibilidade de nós projectar verdadeiramente funções novas em pilhas mamíferas,” disse Josh Leonard, professor adjunto da engenharia química e biológica na escola do McCormick da Universidade Northwestern da engenharia, que conduziu a pesquisa. É igualmente um membro do centro do noroeste para a biologia sintética.

Os resultados foram publicados o 7 de fevereiro nas comunicações da natureza do jornal.

Criando a nova tecnologia para ajustar pilhas

Os pesquisadores sintéticos da biologia olham para reprogram pilhas mudando seu ADN para dar-lhes a funcionalidade nova. Quando os pesquisadores tiverem o sucesso que reprogramming o ADN de pilhas das bactérias para criar a terapêutica e produtos químicos novos, as pilhas mamíferas são actualmente mais difíceis de alterar devido a sua biologia subjacente complicada.

As ferramentas poderosas como CRISPR-Cas9 podem editar únicos genes dentro destas pilhas, mas aquelas ferramentas não permitem que os pesquisadores criem prontamente uma funcionalidade mais ligeiramente alterado, mais sofisticada que exija a introdução e frequentemente finetuning de redes genéticas novas.

Leonard e sua equipe estão interessados em desenvolver terapias baseados em celulas -- o gosto reprogrammed as pilhas que encontram tumores no corpo e tratam o cancro nos locais da doença -- mas realizado que eles necessários para desenvolver um conjunto de ferramentas para construir muitos das funcionalidades que poderiam ser as mais úteis. Os avanços recentes no campo pavimentaram a maneira para identificar funções terapêuticas desejáveis, mesmo dentro do contexto de um sistema tão complicado, e o desafio chave figurava para fora como alterar uma pilha para realizar aquelas tarefas.

As terapias que nós desenvolvemos exigem tecnologias sofisticadas. Havia uma oportunidade de desenvolver uma tal tecnologia para expandir as funções que nós podemos executar em uma pilha mamífera. Assim, como eu começava meu PhD, nós sentaram-se para baixo e pediram-se, “que características nós quereriam em um conjunto de ferramentas da engenharia da transcrição? “”

Patrick Donahue, aluno diplomado no laboratório de Leonard e primeiro autor do papel

Uma biblioteca nova para avançar o campo

O grupo trabalhou então para desenvolver uma biblioteca dos promotores e dos factores da transcrição -- que ADN da cópia no RNA -- isso permite o projecto e o ajustamento da expressão genética. Os autores caracterizaram estes componentes e como trabalham junto a fim permitir o ajustamento preciso de níveis da expressão genética. Igualmente desenvolveram um modelo matemático que explicasse como o sistema trabalha.

“Para uma tecnologia sintética da biologia, ter um modelo matemático é essencial para permitir reusável e os módulos predizíveis que outro pesquisam podem aplicar-se e expandir em cima. Nós modelamos este princípio no sistema do COMETA,” disse o Neda Bagheri, que colaborou com o Leonard. Bagheri é professor da adjunção do associado da engenharia química e biológica em do noroeste e de um distinto investigador da fundação de pesquisa de Washington na universidade de Washington Seattle.

Agora, Leonard e sua equipe estão trabalhando para usar a plataforma para construir os sistemas biológicos que podem realizar funções sofisticadas, como o fornecimento de terapias directamente aos tumores. Isso envolve programar uma pilha para poder avaliar seu ambiente para determinar se o tecido é saudável ou cancerígeno.

Uma missão chave para o grupo está fazendo esta nova tecnologia prontamente - disponível a outros grupos, de modo que outro possa expandir o COMETA e o usar para pesquisar mais através dos campos múltiplos. O papel do prepublication no bioRxiv tem recebido já muita atenção, e as peças biológicas serão distribuídas como um jogo por Addgene.

O “COMETA permitirá pesquisadores de testar as hipóteses que não eram de outra maneira possíveis para testar, ajudando nos a construir biotecnologias úteis e a melhorar nossa compreensão de processos complicados, como a função ou a revelação imune. Em campos técnicos emergentes goste da biologia sintética, criando plataformas da tecnologia é vital para acender a inovação. Nós somos entusiasmado ver que COMETA permitirá nossa comunidade de fazer em seguida,” Leonard dissemos.

Este trabalho foi apoiado na parte por uma concessão do instituto nacional da imagem lactente biomedicável e da tecnologia biológica, parte de NIH (EB026510). Esta é a primeira concessão do mecanismo do financiamento de NIH primeiro dedicado especificamente a apoiar a biologia sintética.

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.