Studiuesit e MIT krijuan një mënyrë për të programuar kujtimet në qelizat bakteriale duke rishkruar ADN -në e tyre

Inxhinierët biologjikë në MIT kanë shpikur një mënyrë të re për të redaktuar në mënyrë efikase gjenomet bakteriale dhe për të programuar kujtimet në qelizat bakteriale duke rishkruar ADN -në e tyre. Duke përdorur këtë qasje, forma të ndryshme të informacionit hapësinor dhe kohor mund të ruhen përgjithmonë për breza dhe të merren duke sekuencuar ADN -në e qelizave.

Teknika e re e shkrimit të ADN -së, të cilën studiuesit e quajnë HiSCRIBE, është shumë më efikase sesa sistemet e zhvilluara më parë për redaktimin e ADN -së në baktere, e cila kishte një shkallë suksesi prej vetëm rreth 1 në 10.000 qeliza në brez. Në një studim të ri, studiuesit demonstruan se kjo qasje mund të përdoret për ruajtjen e kujtesës së ndërveprimeve qelizore ose vendndodhjes hapësinore.

Kjo teknikë gjithashtu mund të bëjë të mundur redaktimin, aktivizimin ose heshtjen e gjeneve në lloje të caktuara të baktereve që jetojnë në një bashkësi natyrore siç është mikrobioma njerëzore, thonë studiuesit.

“Me këtë sistem të ri të shkrimit të ADN -së, ne mund të redaktojmë me saktësi dhe në mënyrë efikase gjenomet bakteriale pa pasur nevojë për ndonjë formë përzgjedhjeje, brenda ekosistemeve komplekse bakteriale,” thotë Fahim Farzadfard, një ish -postdok i MIT dhe autori kryesor i punimit. “Kjo na mundëson të kryejmë redaktimin e gjenomit dhe shkrimin e ADN -së jashtë mjediseve laboratorike, qoftë për të krijuar baktere, për të optimizuar tiparet e interesit në vend, ose për të studiuar dinamikat dhe ndërveprimet evolucionare në popullatat bakteriale.”

Timothy Lu, një profesor i asociuar në MIT i inxhinierisë elektrike dhe shkencës kompjuterike dhe inxhinierisë biologjike, është autori më i lartë i studimit, i cili u botua më 5 gusht 2021, në Cell Systems. Nava Gharaei, një ish -studente e diplomuar në Universitetin e Harvardit, dhe Robert Citorik, një ish -student i diplomuar në MIT, janë gjithashtu autorë të studimit.

Për disa vjet, laboratori i Lu -së ka punuar në mënyrat për të përdorur ADN -në për të ruajtur informacione të tilla si kujtesa e ngjarjeve qelizore. Në vitin 2014, ai dhe Farzadfard zhvilluan një mënyrë për të përdorur bakteret si një “regjistrues gjenomik”, duke inxhinieruar E. coli për të ruajtur kujtimet afatgjata të ngjarjeve të tilla si një ekspozim kimik.

Për ta arritur këtë, studiuesit inxhinieruan qelizat për të prodhuar një enzimë të kundërt transkriptazë të quajtur retron, e cila prodhon një ADN me një zinxhir (ssDNA) kur shprehet në qeliza, dhe një enzimë rekombinazë, e cila mund të fusë (“shkruajë”) një sekuencë specifike të ADN-së me një varg në një vend të synuar në gjenom. Kjo ADN prodhohet vetëm kur aktivizohet nga prania e një molekule të paracaktuar ose një lloji tjetër të hyrjes, siç është drita. Pasi të prodhohet ADN -ja, rekombinaza fut ADN -në në një vend të programuar paraprakisht, i cili mund të jetë kudo në gjenom.

Ajo teknikë, të cilën studiuesit e quajtën SCRIBE, kishte një efikasitet relativisht të ulët të shkrimit. Në çdo brez, nga 10.000 qeliza E. coli, vetëm një do të merrte ADN -në e re që studiuesit u përpoqën të përfshinin në qeliza. Kjo është pjesërisht sepse E. coli kanë mekanizma qelizorë që parandalojnë grumbullimin dhe integrimin e ADN-së me një fije në gjenomet e tyre.

Në studimin e ri, studiuesit u përpoqën të rrisin efikasitetin e procesit duke eliminuar disa nga mekanizmat mbrojtës të E. coli kundër ADN-së me një zinxhir. Së pari, ata çaktivizuan enzimat e quajtura ekzonukleaza, të cilat prishin ADN-në me një varg. Ata gjithashtu rrëzuan gjenet e përfshira në një sistem të quajtur riparimi i mospërputhjes, i cili normalisht parandalon integrimin e ADN-së me një zinxhir në gjenom.

Me ato modifikime, studiuesit ishin në gjendje të arrinin përfshirjen pothuajse universale të ndryshimeve gjenetike që ata u përpoqën të prezantonin, duke krijuar një mënyrë të pashembullt dhe efikase për redaktimin e gjenomeve bakteriale pa pasur nevojë për përzgjedhje.

“Për shkak të atij përmirësimi, ne ishim në gjendje të bënim disa aplikacione që nuk ishim në gjendje t’i bënim me gjeneratën e mëparshme të SCRIBE ose me teknologjitë e tjera të shkrimit të ADN -së,” thotë Farzadfard.