Новый инструмент на основе РНК повышает точность синтетических генетических цепей

Исследователи успешно разработали модульный синтетический элемент трансляционного сцепления (SynTCE), значительно повышающий точность и плотность интеграции генетических цепей в синтетической биологии. Исследование было опубликовано в журнале Nucleic Acids Research под руководством профессора Чонмина Кима из POSTECH.

Синтетическая биология — это область, которая придаёт организмам новые функции с помощью природных и синтетических генетических регуляторных инструментов. Такие организмы могут применяться для лечения болезней, создания микроорганизмов, разлагающих пластик, и производства биотоплива.

Особенно важен полицистронный оперон, где несколько генов экспрессируются согласованно для выполнения конкретных функций, что максимизирует эффективность кодирования при ограниченных ресурсах.

Однако для точного проектирования сложных генетических цепей необходимо минимизировать интерференцию между биологическими частями и увеличить плотность кодирования. Синтетические РНК-регуляторы трансляции часто сталкивались с ограничениями в управлении множеством генов и достижении высокой точности из-за помех в процессе трансляции белка.

Чтобы решить эту проблему, команда профессора Кима сосредоточилась на трансляционном сцеплении — природном механизме регуляции генов в оперонах, где трансляция вышестоящих генов влияет на эффективность трансляции нижестоящих. Исследователи разработали SynTCE, имитирующий этот механизм, и успешно интегрировали его с синтетическими РНК-устройствами для создания более эффективных генетических цепей.

Интеграция архитектуры SynTCE в ранее разработанную командой РНК-вычислительную систему значительно повысила плотность генетических цепей. SynTCE точно передаёт входные сигналы нижестоящим генам, что позволяет в одной молекуле РНК одновременно управлять множеством входов и выходов.

Кроме того, за счёт точного контроля N-концов белков и устранения помех в трансляции, SynTCE можно применять в технологиях биологического сдерживания для селективного уничтожения целевых клеток и направления белков в запрограммированные участки клетки. Ожидается, что это продвинет точный функциональный контроль и облегчит желаемые биологические операции в клетках.

Профессор Ким заявил: «Это исследование знаменует значительный прогресс в создании сложных и точных генетических цепей. Новая разработка найдёт применение в персонализированной клеточной терапии, создании микроорганизмов для биоремедиации и производстве биотоплива».