Сенсоры на основе РНК, вдохновленные LEGO, обеспечивают настраиваемый контроль за генами

Исследователи разработали платформу для сенсоров на основе РНК, способную регулировать экспрессию генов в бактериях. Результаты опубликованы в журнале Advanced Science.

Концепция «умных пробиотиков» — комбинации полезных микроорганизмов с передовыми синтетическими биотехнологиями, такими как биосенсоры и редактирование генов, — представляет собой перспективное направление в медицине. Ключевым элементом этой технологии являются сенсоры, которые должны в реальном времени отслеживать изменения в кишечной среде и соответствующим образом управлять активностью микробов.

Группа профессора Чонмина Кима создала платформенную технологию START на основе аптамеров. Аптамеры — это короткие цепи нуклеиновых кислот (ДНК или РНК), которые специфично и прочно связываются с целевыми молекулами, что делает их идеальными компонентами для высокоселективных сенсоров.

Связывание аптамера с мишенью вызывает структурное изменение сенсора (сворачивание или разворачивание). Используя этот механизм, команда разработала платформу, которая имитирует естественные биологические взаимодействия, обнаруживает различные молекулы и регулирует экспрессию генов «с такой же легкостью, как сборка кубиков LEGO».

На основе этой технологии были успешно созданы сенсоры, способные обнаруживать лекарства и антибиотики (например, теофиллин и тетрациклин), а также специфические белки, такие как MS2, продуцируемый бактериями.

Эти сенсоры обладают как специфичностью (точно распознают и реагируют на свои мишени), так и ортогональностью (функционируют независимо, без взаимных помех, даже при совместном использовании нескольких сенсоров). Это позволяет осуществлять беспрепятственный мониторинг и регуляцию различных биологических сигналов, включая интеграцию с сложными генетическими сетями и логическими схемами.

По сравнению с существующими технологиями, новая платформа предлагает значительный инженерный потенциал. Она позволяет настраивать не только факт обнаружения целевых биомолекул, но и чувствительность, а также интенсивность ответа сенсора. Важно, что команда смогла создавать новые компоненты биосенсоров, следующие простым правилам дизайна, в отличие от их природных аналогов в биологических системах.

Профессор Чонмин Ким из POSTECH заявил: «Это исследование открывает новые возможности для разработки синтетических биосенсоров и проектирования микробных генетических цепей. Мы продолжим изучать приложения в технологиях микробной инженерии, включая умные пробиотики и метаболическую инженерию».

В исследовании также участвовали аспиранты Чонвон Ким, Минчэ Со и Елин Лим с факультета наук о жизни POSTECH.