Hanno trovato un modo per “programmare” il DNA a piacimento

La scoperta, recentemente pubblicata innaturaIl “ponte del DNA” programmabile consente ai ricercatori di specificare quale sequenza genetica vogliono e quale molecola di DNA vogliono inserire nel genoma, spiega.

“Il bridging dell’RNA”, afferma Patrick Hsu, autore principale dell’articolo, “è un meccanismo fondamentalmente nuovo per la programmazione biologica. La ricombinazione del ponte può modificare globalmente il materiale genetico attraverso l’inserimento, l’escissione, l’inversione di sequenze specifiche e altro ancora, consentendo il ‘word processor’ di. il genoma.” “Il quartiere che va oltre CRISPR.”

DNA programmabile

Il ponte di ricombinazione proviene da elementi chiamati sequenza di inserzione 110 (IS110), uno degli innumerevoli tipi di elementi trasponibili, chiamati anche “geni che saltano”, che si agganciano e incollano per cambiare la loro posizione all’interno e tra i genomi microbici. Questi elementi sono presenti in tutte le forme di vita e si sono evoluti in macchine professionali per l’elaborazione del DNA, che gli organismi utilizzano per sopravvivere. Gli elementi dell’IS110 sono minimi e sono costituiti da un singolo gene che codifica per l’enzima ricombinante, nonché da una serie di frammenti di DNA raggruppati attorno ad esso la cui funzione, ad oggi, rimane misteriosa.

Nel suo laboratorio, Hsu ha scoperto che quando IS110 viene eliminato dal genoma, le estremità del DNA non codificante si uniscono per produrre una molecola di RNA (ponte di RNA) che si ripiega in due anelli. Uno di questi anelli si lega all’elemento S110 stesso, mentre l’altro si lega al DNA bersaglio in cui è inserito. Un ponte di RNA è il primo esempio di molecola guida doppiamente specifica.

Entrambi i circuiti dell’RNA ponte possono essere programmati in modo indipendente, quindi i ricercatori sono in grado di mescolare e abbinare qualsiasi sequenza di DNA di interesse al bersaglio e al donatore. Ciò significa che il sistema può andare oltre la sua normale funzione di inserimento dell’elemento IS110 e consentire invece l’inserimento di qualsiasi carico genetico desiderato, come una copia funzionale del gene difettoso che causa la malattia, in qualsiasi punto del genoma. In questo lavoro, il team ha dimostrato un’efficienza superiore al 60% nell’introdurre il gene desiderato nell’E. coli con una specificità superiore al 94% rispetto alla posizione genomica corretta.

“Questi ponti RNA programmabili”, afferma Nick Perry, coautore dello studio, “distingue l’IS110 da altri processi di ricombinazione noti, che mancano di un componente RNA e non possono essere programmati”. qualsiasi sbocco.”

Questa scoperta integra il lavoro condotto nel laboratorio di Hiroshi Nishimasu presso l’Università di Tokyo, su cui si è riflettuto Articolo due: “Natura”. In esso, è stata utilizzata la microscopia elettronica criogenica per determinare la struttura molecolare dei due anelli di RNA del ponte ricombinante.

Secondo i ricercatori, con ulteriori ricerche e sviluppi, questo meccanismo ponte promette di essere l’inizio di una terza generazione di sistemi guidati da RNA, andando oltre il noto meccanismo “taglia e incolla” di CRISPR e del cosiddetto RNA interferenza. (RNI). Infatti, un ponte di RNA programmabile fornirà per la prima volta un meccanismo unificato che consentirà di riorganizzare a piacimento il DNA del nostro patrimonio genetico.

“Questo meccanismo di ricombinazione a ponte risolve alcune delle sfide più importanti che devono affrontare altri approcci di modifica del genoma”, afferma il coautore Matthew Doran. “La capacità di riorganizzare programmaticamente due molecole di DNA apre le porte a importanti progressi nella progettazione del genoma”.