RNA su un chip

Da quando i biochip, come i microarray di DNA, sono entrati in scena nel 1996, i ricercatori hanno fatto a gara per aumentare la loro capacità diagnostica. Ora, un team di ricerca della Yale University guidato dal professore di biologia Ronald Breaker ha prodotto un prototipo per un microarray a base di RNA che promette di mettere un potente laboratorio diagnostico su un chip delle dimensioni di una monetina.

Per anni, Breaker ha armeggiato con la teoria che l'RNA, non il DNA, fosse il componente fondamentale della vita 3,5 miliardi di anni fa. A differenza del DNA, la libreria contenente il nostro codice genetico-RNA è dinamica, esegue le istruzioni nel magazzino del DNA e orchestra la sintesi proteica.

Nel 1995, Breaker e il suo team hanno iniziato a far risorgere questo mondo di RNA estinto in una provetta e hanno progettato con successo interruttori molecolari basati sull'RNA nel tentativo. (Un interruttore molecolare è una molecola che viene attivata o disattivata da un'altra molecola o composto.)

Array per RNA

Con dozzine di questi interruttori a portata di mano, pensò Breaker, perché non disporli su una superficie e creare una serie di biosensori che utilizzano l'RNA per misurare o rilevare i composti? Progettando gli interruttori dell'RNA per rilevare molti tipi diversi di composti, Breaker sapeva che il potenziale del suo array poteva superare quello di un chip di DNA, che identifica sequenze specifiche di DNA o RNA e nient'altro.

Per creare il prototipo, Breaker ha posizionato gli interruttori RNA su una superficie di silicio rivestita d'oro e li ha disposti in gruppi. Ogni interruttore è stato progettato per legarsi solo a una molecola specifica, il suo bersaglio, e quindi per rilasciare un segnale che identifica la molecola bersaglio. (Nel prototipo, gli interruttori rilasciavano un segnale radioattivo.)

Come riportato in aprile Biotecnologie naturali , Breaker e il suo team hanno testato la serie di interruttori RNA su una varietà di miscele complesse. In un esperimento hanno identificato con successo diversi ceppi di E. coli presente nelle colture batteriche.

Le implicazioni sono allettanti. La capacità dell'array di identificare simultaneamente un numero potenzialmente elevato di composti, combinata con la precisa esclusività di ciascun interruttore, si aggiunge a una ricetta per un laboratorio potente e ad ampio raggio su una fetta di silicio delle dimensioni di una monetina.

Superchip di RNA

L'invenzione di Breaker apre la strada a futuri chip RNA in grado di rivelare la composizione molecolare di miscele complesse come siero sanguigno e rifiuti industriali, in modo molto più completo rispetto agli attuali biochip.

Le versioni avanzate del nostro biochip RNA potrebbero essere utilizzate per molti obiettivi diversi come farmaci, tossine e metaboliti, nonché proteine ​​e acidi nucleici, afferma Breaker. Dovrebbero essere in grado di rilevare quasi tutto ciò a cui l'RNA può legarsi.

Inoltre, il successo preliminare del lavoro di Breaker inaugura una nuova era di quelli che potrebbero essere definiti 'array attivi', dichiara Gerald Joyce, biologo molecolare presso lo Scripps Research Institute di La Jolla, in California. In effetti, dovrebbe essere possibile progettare interruttori RNA per fare cose molto più straordinarie dell'identificazione del bersaglio, dice Breaker. La regolazione dell'espressione genica è un esempio.

Un altro vantaggio degli interruttori RNA è la loro capacità di resistere all'ambiente a volte imprevedibile e duro al di fuori del laboratorio. Breaker li confronta con un biochip proteico e afferma che quest'ultimo, se riscaldato accidentalmente, frigge come un uovo. Le proteine ​​si dispiegano e non puoi mai rimettere insieme le strutture complesse, dice.

Gli interruttori RNA di Breaker sono stati progettati per ripiegarsi alla loro forma originale dopo il riscaldamento. Questo carattere snap-back darà ai biochip di RNA un notevole vantaggio per l'uso in ambienti di test più esotici, afferma Breaker.

Come arrivare da qui

Il prossimo passo per gli switch RNA è abbastanza chiaro, afferma Joyce. Devono essere progettati per rilasciare un segnale fluorescente, piuttosto che radioattivo. Questo miglioramento consentirebbe ai laboratori di utilizzare le apparecchiature già esistenti e di aggirare la burocrazia normativa, consentendo lo sviluppo rapido di un chip RNA contenente fino a 1.000 interruttori. E questo è l'obiettivo dell'analisi parallela di array di biosensori sulla superficie più piccola possibile.

Breaker afferma che il suo obiettivo è mettere le capacità di mille scienziati in un chip di dimensioni di una monetina generando le risposte che desideri mille volte più velocemente. Oltre alla ricerca biomedica, vede molti usi per un chip RNA in diversi campi come l'ingegneria chimica, le scienze ambientali e persino la difesa dalla guerra biologica e chimica.

Ci sono ancora alcuni ostacoli, tuttavia, in particolare con i costi di produzione, la stabilità chimica degli interruttori e alcuni dei punti più fini del riconoscimento molecolare.

Questa tecnologia è così nuova che non è chiaro quanti composti diversi sarà possibile riconoscere, afferma Andrew Ellington, biochimico dell'Università del Texas. Ad esempio, non ci sono esempi pubblicati di riconoscimento di proteine. Inoltre, l'RNA è vulnerabile a determinate sostanze chimiche spesso presenti in situazioni di test che possono disintegrare un interruttore.

Il team di Breaker sta lavorando su soluzioni ad alcuni di questi intoppi, come eliminare qualsiasi composto che distrugge l'RNA dai campioni di prova. Stanno anche lavorando per ingegnerizzare il DNA in modo che possa svolgere determinate funzioni simili all'RNA.

Ciò potrebbe rendere quelle migliaia di scienziati su un chip ancora più intelligenti.

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