Умные направляющие РНК: логические схемы для контроля генов
Исследователи превратили направляющие РНК, которые направляют ферменты, в «умную» РНК, способную управлять сетями генов в ответ на различные сигналы. Команда профессора Чонмина Кима и аспирантов Хансоля Кана и Донвона Пака из POSTECH разработала направляющую РНК для обработки множественных сигналов.
Эта направляющая РНК может быть запрограммирована на логическое регулирование экспрессии генов. Результаты опубликованы в Nucleic Acids Research.
Система CRISPR/Cas («генетические ножницы») позволяет редактировать последовательности генов. Ключевой её компонент — направляющая РНК, которая направляет фермент к нужному участку ДНК.
Хотя инженерия РНК позволила создать направляющие РНК, реагирующие на биологические сигналы, точный контроль сетей генов в ответ на множественные сигналы оставался сложной задачей.
В этом исследовании команда объединила систему CRISPR/Cas с биовычислениями. Биовычисления — это технология, которая связывает биологические компоненты, подобно электронным схемам, для программирования активности клеток и организмов.
Исследователи реализовали генную схему на основе направляющей РНК, способную принимать решения на основе входных данных, подобно булевым логическим вентилям — фундаментальным элементам цифровых операций.
Команда успешно контролировала ключевые гены, участвующие в метаболизме и делении клеток E. coli, продемонстрировав возможность комбинировать несколько логических вентилей для обработки различных сигналов и сложных входных данных. Эта схема использовалась для контроля морфологии клеток и метаболических потоков.
Исследование значимо, поскольку оно интегрирует существующие системы и технологии для точного контроля генетических сетей, позволяя обрабатывать, интегрировать и реагировать на разнообразные сигналы внутри организма. Это выходит за рамки простой роли направляющих РНК как «указателей» для ферментов.
Профессор Чонмин Ким отметил: «Эта работа может позволить точно проектировать генную терапию на основе биологических сигналов внутри сложных генетических цепей, связанных с болезнями. Инженерия РНК-молекул обеспечивает простоту дизайна структур, подобного программному, что значительно продвинет разработку персонализированных методов лечения рака, генетических нарушений, метаболических заболеваний и других».