Bramka logiczna stworzona z enzymów

David Shis, Matthew Bennett

Naukowcy z Uniwersytetu Rice tak zmodyfikowali DNA bakteryjny, że stał się on bramką logiczną naśladującą te znane z dziedziny elektroniki.

Jeden z pracowników uniwersytetu - Matthew Bennett - i student - David Shis - poprzez mutacje białka, pochodzącego z bakteryjnego wirusa stworzyli bibliotekę tzw. bramek końcowych. Zmutowane białko to dobrze poznana polimeraza T7 RNA, która pełni rolę czynnika transkrypcyjnego. Odkrycie bramki logicznej może pomóc w stworzeniu sieci syntetycznych zaprogramowanych obwodów, które mogą pełnić role modeli diagnostycznych, naśladujących jednostki chorobowe i tym samym ułatwić tworzenie odpowiednich terapii.

Bramki logiczne znajdują się w obwodach elektronicznych. W obwodzie takim występują dwa wejścia i jedno wyjście. Schematy takich obwodów adaptuje się na potrzeby badań genetycznych. Dotychczas twórcy obwodów syntetycznych dysponowali jednak tylko kilkoma komponentami. Po stworzeniu biblioteki bramek pojawiają się nowe możliwości w tym obszarze.

W swojej formie natywnej T7 RNA włącza transkrypcję genów posiadających określony promotor i sekwencję docelową. Badaczom poprzez mutacje punktowe udało się tak zmanipulować T7 RNA, że podzieliła się na dwie części pracujące w różnych częściach komórki. Jednocześnie oba fragmenty polimerazy zachowują wzajemne powinowactwo i mogą ponownie się połączyć.

Jak zaobserwowano, pełnienie przez enzym swoich funkcji jest możliwe tylko w obecności obu połówek polimerazy. Bennet i Spis zmodyfikowali bakterie E.coli w taki sposób, aby produkowała oba segmenty RNAP w odpowiedzi na pojawienie się konkretnych cząsteczek cukrów w środowisku. Jedna połowa polimerazy jest wytwarzana w obecności arabinozy, a inna w obecności laktozy. Gdy oba cukry są obecne, pojawienie się polimerazy włącza gen reporterowy białka fluorescencyjnego. Naukowcy odkryli również, że podczas podziału T7 RNAP nie wykazuje takiej aktywności w ekspresji jak polimeraza o pełnej długości. Części enzymu wykazywały większą stabilność i odporność na mutacje, co może mieć znaczenie w funkcjonowaniu obwodów. Naukowcy planują w dalszej fazie badań testować działanie RNAP w innych organizmach niż E.coli., np. w drożdżach.

W swych badaniach nad syntetycznymi obwodami Bennet upatruje dużych możliwości w poprawie diagnostyki. Przykładowo danymi dla obwodu mogą być markery nowotworowe, które włączają reporterowy gen fluorescencyjny. W ten sposób można odkrywać supresory nowotworowe. Poza tym istnienie bibliotek bramek, pozwoli tworzyć bardziej skomplikowane obwody, które włączają się w ściśle określonych warunkach, co jest istotne w zwalczaniu komórek nowotworowych bez szkody dla reszty organizmu.

(pj)