РНК-оригами открывает новые возможности в синтетической биологии

Разработка инструментов для точного контроля биологических процессов — одна из основ зрелой области синтетической биологии. Эти научные инструменты заимствуют принципы из множества исследовательских областей, что в совокупности позволяет создавать уникальные и потенциально преобразующие современное общество приложения.

Перенос современных инноваций в области РНК-нанотехнологий в биологический контекст обладает огромным потенциалом из-за совместимости со сворачиванием и экспрессией в клетках, но также создает уникальные проблемы, такие как жесткие условия работы и присущая молекулам РНК нестабильность.

Однако недавний подход к структурному дизайну РНК, разработанный в лаборатории Андерсена и названный «РНК-оригами», пытается решить эту задачу. Этот подход направлен на создание сложных искусственных устройств на основе РНК, которые стабильны в клетках, взаимодействуют с другими биомолекулами, включая другие РНК и белки, и открывают уникальные возможности, особенно в контексте регуляции генов.

Как продемонстрировано двумя различными подходами, недавно опубликованными в Nucleic Acids Research, РНК-оригами представляет собой сложную платформу для дизайна РНК, которая в клеточном контексте создает уникальные молекулы для регуляции на основе синтетической биологии.

РНК-«губки» регулируют производство ферментов в бактериях

В первом подходе РНК-оригами использовали для точного контроля уровня производства белка при экспрессии в бактериях. Самоподавляющие кассеты экспрессии белка создавали путем встраивания сильного сайта связывания для экспрессируемого белка в его собственный ген. Затем в большом избытке экспрессировали РНК-оригами, украшенные такими же белковыми сайтами связывания.

Таким образом, РНК-оригами служит белковой «губкой», которая секвестрирует белки в клетке и позволяет экспрессировать самоподавляемый белок. Было показано, что эта общая концепция позволяет регулировать несколько белков одновременно и включать ферментативные пути для увеличения выхода продукта.

CRISPR-регуляторы для дрожжевых химических фабрик

Во втором подходе РНК-оригами объединили с CRISPR, одной из самых популярных современных методик молекулярной биологии, для регуляции экспрессии генов в дрожжах. РНК-оригами интегрировали в малые РНК, которые направляют CRISPR-Cas9 к специфическим последовательностям в геноме ДНК.

Каркасы РНК-оригами украшали сайтами связывания белков, способными рекрутировать факторы транскрипции. Нацеливая РНК-каркасы на промоторные области, факторы транскрипции активировали экспрессию генов. Было показано, что силу экспрессии можно настраивать с помощью ориентации каркаса и количества рекрутируемых факторов транскрипции. В итоге продемонстрировали возможность контроля мультиферментных путей для высокоурожайного производства противоракового препарата виолацеина.