Un toolbox basato sull’RNA per fare avanzare la computazione cellulare
Il parallelismo tra cellule e computer è ben noto. Le cellule hanno i loro algoritmi e il campo della computazione cellulare è dedicato ad “attaccare” questi algoritmi per vari fini, in particolare nel campo della biologia. Con il progetto RIBONETS (Programming cellular networks and community behaviour with synthetic RNA-based devices), la prof.ssa Ilka Axmann ha deciso di usare l’RNA per effettuare questi attacchi. “L’RNA ha tre grandi vantaggi,” sottolinea. “In primo luogo, il ricambio dell’RNA è veloce, il che rende possibile effettuare una computazione efficiente con le reti di RNA. In secondo luogo, è possibile prevedere con precisione il ripiegamento dell’RNA e le interazioni RNA-RNA, il che significa che è possibile costruire un’ampia gamma di nuovi dispositivi. Infine, la produzione di RNA è poco costosa dal punto di vista energetico, poiché la computazione non ha conseguenze sulla cellula ospite.” Tenendo conto di tutto ciò, RIBONETS si è proposto di sviluppare un nuovo toolbox basato sull’RNA per la computazione cellulare – un prerequisito per nuovi progetti di RNA nella biologia sintetica e nelle scienze della vita. “L’uso del toolbox di RIBONETS permette la creazione di sensori a base di RNA e dispositivi a base di RNA con un’efficiente regolazione di percorsi di segnalazione e metabolici artificiali,” spiega la prof.ssa Axmann. Il toolbox di RIBONETS consiste in interruttori di RNA che hanno un effetto negativo sull’espressione di un gene obiettivo a scelta. È stato sviluppato uno strumento flessibile per la progettazione di una sequenza di acido nucleico, chiamato RNAblueprint. Dispone di un’interfaccia facile da usare, è opensource e si può trovare su GitHub. Anche se il progetto si è concluso senza un’applicazione specifica in mente, la prof.ssa Axmann ne sottolinea l’enorme potenziale: “In futuro, la diagnostica basata sull’RNA e la bio-terepeutica miglioreranno le condizioni della vita umana non solo per mezzo di applicazioni tecnologiche, ma anche con nuovi approcci terapeutici. Gli RNA sintetici o aptameri di RNA – presumibilmente associati a proteine di sostegno come CRISPRCas9 – hanno un potenziale enorme per bersagliare geni legati a malattie che fino a questo momento erano considerate impossibili da curare. Recenti progressi nel campo della chimica permetteranno una somministrazione diretta di RNA sintetico nelle cellule, incrementando così il loro potenziale per future applicazioni nella terapeutica dell’acido nucleico.” Nel caso dei sensori biomolecolari di RNA, la prof.ssa Axmann crede che potrebbero essere create piattaforme per utilizzare interruttori di RNA che permettano una rapida rilevazione di patogeni, simili al biosensore per il virus Zika sviluppato e descritto nell’articolo di Pardess e Green “Rapid, Low-Cost Detection of Zika Virus Using Programmable Biomolecular Components” (Rilevazione rapida e a basso costo del virus Zika usando compomenti biomolecolari programmabili). Collegando l’amplificazione isotermica dell’RNA a sensori RNA come punto d’appoggio, l’equipe ha potuto rilevare sequenze di virus Zika dal plasma di un macaco viremico e ha dimostrato la loro specificità contro le strettamente correlate sequenze di virus Dengue. Quando sarà possibile realizzare queste applicazioni, e un altro discorso. “Sulla base dello stato attuale delle cose, è difficile fare previsioni precise. Dobbiamo migliorare ulteriormente gli effetti regolatori dei nostri regolatori dell’RNA che agiscono negativamente. Grazie a RIBONET ci troviamo adesso al punto in cui il lavoro di base è stato fatto e uno screening ad alte prestazioni è adesso a portata di mano,” dice la prof.ssa Ilka Axmann. Gli interruttori di RNA sintetici e i biosensori progettati e implementati da RIBONETS potrebbero essere disponibili tra quattro o cinque anni. Oltre al toolbox, il valore di RIBONETS si trova anche nell’istruzione e la formazione di una nuova generazione di scienziati impegnati nello studio dell’RNA, e nei ponti che sono stati costruiti tra la bioinformatica dell’RNA e i biologi dei laboratori umidi per l’RNA. “I workshop e i simposi che organizziamo stanno consolidando una comunità di ricerca sull’RNA vivace e connessa,” afferma con entusiasmo la prof.ssa Axmann. Adesso che il progetto è concluso, l’equipe ha già in programma di continuare la ricerca sull’RNA e più in particolare consolidare e sfruttare il toolbox per l’RNA di RIBONETS.
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