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La caja de herramientas biológica ayudará a investigadores a diseñar nuevas funciones en células mamíferas

Una nueva caja de herramientas sintetizada de la biología desarrollada en la Universidad Northwestern ayudará a investigadores a diseñar las células mamíferas con nuevas funciones.

La caja de herramientas, llamada el Composable los elementos mamíferos de la transcripción (COMETA), incluye un conjunto de factores sintetizados y de promotores de la transcripción que habiliten el diseño y la sintonización de los programas de la expresión génica de una manera no previamente posible. El resultado podía ser nuevas terapias para las enfermedades de la difícil-a-invitación, como cáncer.

“Nuestra meta a largo plazo está permitiendo a bioengineers construir terapias célula-basadas adaptables y la ebullición de una meta del diseño hacia abajo en un programa genético requiere piezas biológicas convenientes. La construcción de esta caja de herramientas del COMETA era un paso importante hacia permitirnos diseñar verdad nuevas funciones en células mamíferas,” dijo a Josh Leonard, profesor adjunto de la ingeniería química y biológica en la escuela de McCormick de la Universidad Northwestern de la ingeniería, que llevó la investigación. Él es también una pieza del centro del noroeste para la biología sintetizada.

Los resultados fueron publicados el 7 de febrero en las comunicaciones de la naturaleza del gorrón.

Crear nueva tecnología para sintonizar las células

Los investigadores sintetizados de la biología observan para reprogramar las células cambiando su DNA para darles nuevas funciones. Mientras que los investigadores han tenido éxito que reprogramaban la DNA de las células de las bacterias para crear la nuevas terapéutica y substancias químicas, las células mamíferas son actualmente más difíciles de modificarse debido a su biología subyacente complicada.

Las herramientas potentes como CRISPR-Cas9 pueden corregir únicos genes dentro de estas células, pero esas herramientas no permiten que los investigadores creen fácilmente funciones más llenas de matices, más sofisticadas que requieran la introducción y a menudo ajustar de redes genéticas nuevas.

Leonard y sus personas están interesados en desarrollar terapias célula-basadas -- el gusto reprogramó las células que encuentran tumores en la carrocería y tratan el cáncer en los sitios de la enfermedad -- pero realizado que necesitaron desarrollar una caja de herramientas para construir muchos de las funciones que podrían ser las más útiles. Los avances recientes en el campo han pavimentado la manera para determinar funciones terapéuticas deseables, incluso en el contexto de un sistema tan complicado, y el reto dominante imaginaba cómo modificar una célula para realizar esas tareas.

Las terapias que desarrollamos requieren tecnologías sofisticadas. Había una oportunidad de desarrollar una tal tecnología para desplegar las funciones que podemos ejecutar en una célula mamífera. ¿Así pues, como comenzaba mi doctorado, nosotros se sentaron y pidieron, “qué características nosotros querrían en una caja de herramientas de la ingeniería de la transcripción? “”

Patrick Donahue, estudiante de tercer ciclo en el laboratorio de Leonard y primer autor del papel

Una nueva biblioteca para avance el campo

El grupo entonces trabajó para desarrollar una biblioteca de promotores y de factores de la transcripción -- qué DNA de la copia en el ARN -- eso habilita el diseño y la sintonización de la expresión génica. Los autores caracterizaron estos componentes y cómo trabajan juntos para habilitar la sintonización exacta de los niveles de la expresión génica. También desarrollaron un modelo matemático que explica cómo el sistema trabaja.

“Para una tecnología sintetizada de la biología, tener un modelo matemático es esencial para habilitar reutilizable y los módulos fiables que otro investiga pueden aplicarse y desplegarse sobre. Modelamos este principio en el sistema del COMETA,” dijo a la NEDA Bagheri, que colaboró con Leonard. Bagheri es profesor del adjunto del socio de la ingeniería química y biológica en del noroeste y de un investigador distinguido del asiento de investigación de Washington en la universidad de Washington Seattle.

Ahora, Leonard y sus personas están trabajando para utilizar la plataforma para construir los sistemas biológicos que pueden realizar funciones sofisticadas, como la entrega de terapias directamente a los tumores. Eso implica el programar de una célula para poder evaluar su ambiente para determinar si el tejido es sano o cacerígeno.

Una misión dominante para el grupo está haciendo esta nueva tecnología fácilmente disponible a otros grupos, de modo que otras puedan desplegar el COMETA y utilizarlo para investigar más lejos a través de campos múltiples. El documento del prepublication sobre bioRxiv ha recibido ya mucha atención, y las piezas biológicas serán distribuidas como estuche por Addgene.

El “COMETA permitirá a investigadores probar las hipótesis que no eran de otra manera posibles probar, ayudándonos a construir las biotecnologías útiles y a perfeccionar nuestra comprensión de procesos complicados, como la función o el revelado inmune. En campos técnicos emergentes tenga gusto de la biología sintetizada, creando las plataformas de la tecnología es vital para chispear la innovación. Nos excitan para ver qué COMETA permitirá a nuestra comunidad hacer después, a” Leonard dijimos.

Este trabajo fue soportado en parte por una concesión del instituto nacional de la proyección de imagen biomédica y de la bioingeniería, parte de NIH (EB026510). Ésta es la primera recompensa del mecanismo del financiamiento de NIH primer dedicado específicamente a soportar biología sintetizada.

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.