Skip to main content
Go to the home page of the European Commission (opens in new window)
English English
CORDIS - EU research results
CORDIS
Repurposing small RNA from ciliates for genome editing: single-molecule study

Article Category

Article available in the following languages:

Biofizika posameznih molekul v dobi visoke zmogljivosti

Inovativna platforma, ki združuje ločljivost tehnik za preučevanje posameznih molekul z nizom visoko zmogljivih pristopov, bi lahko spremenila biofiziko.

Možnost preučevanja velikih knjižnic zaporedij DNK, RNK in proteinov na ravni posameznih molekul je že dolgo ključni cilj v biofiziki, ki obeta odkritje novih razsežnosti razumevanja molekul. "S tem, ko bi raziskovalci lahko preučevali dinamiko in interakcije posameznih molekul, bi takšne študije omogočile globlje razumevanje bioloških procesov," pravi Chirlmin Joo(opens in new window), biofizik na Tehnološki univerzi v Delftu(opens in new window). "To bi odprlo tudi vrata novim načinom zdravljenja genetskih bolezni, raka in drugih bolezni." To dolgotrajno omejitev pomaga odpraviti projekt MIGHTY_RNA, ki ga je podprl Evropski raziskovalni svet(opens in new window). V središču te pobude je SPARXS, inovativna platforma, ki združuje meritve fluorescence posameznih molekul s sekvenciranjem naslednje generacije in omogoča visoko zmogljive za zaporedje specifične biofizikalne študije. "Ta prelomna rešitev omogoča hkratno kinetično in strukturno karakterizacijo milijonov molekul z več tisoč edinstvenimi zaporedji," pojasnjuje Joo, kar pospeši razumevanje njihove oblike in vedenja.

Premagovanje izzivov

Za razvoj platforme SPARXS je bilo treba premagati več izzivov. Eden od teh je bil zagotavljanje združljivosti zaznavanja fluorescence posamezne molekule in postopkov sekvenciranja na isti komercialni pretočni celici za sekvenciranje. Na začetku raziskovalci sploh niso bili prepričani, da bo to delovalo, saj niso imeli neposrednega nadzora nad pogoji v pretočni celici za sekvenciranje. "Doseganje fluorescence posamezne molekule [brez šuma iz ozadja] v tem okolju je zahtevalo temeljito preoblikovanje strategij zaznavanja," ugotavlja Joo. "To je bil velik preskok, ki je omogočil SPARXS." Poleg tega je bilo treba za uskladitev obsežnih naborov podatkov iz fluorescenčne mikroskopije in sekvenciranja razviti prilagojene algoritme za natančno povezovanje podatkov. Nabori podatkov in vsa programska oprema, uporabljena pri projektu, so prosto dostopni(opens in new window).

En poskus, na tisoče edinstvenih zaporedij

Z uporabo sistema SPARXS so raziskovalci lahko v enem samem poskusu preučili kinetično vedenje več kot 4 000 edinstvenih zaporedij DNK. Joo meni, da to delo ne razkriva le novega vpogleda v molekularno dinamiko, ki je odvisna od zaporedja, temveč zagotavlja tudi robusten, splošno uporaben okvir, ki ga je mogoče uporabiti za preučevanje proteinov, RNK in drugih bioloških molekul. "SPARXS odpira nove možnosti za razumevanje razmerij med zaporedjem, strukturo in funkcijo v doslej nepredstavljivem obsegu. Videti, kako se je ta koncept uresničil in eksperimentalno potrdil je bil prelomni trenutek moje kariere," dodaja.

Kako spremembe zaporedja vplivajo na vedenje molekul

Projekt MIGHTY_RNA je premaknil mejo biofizike posameznih molekul na področje visoke zmogljivosti – in se namerava razvijati še naprej. Raziskovalci si trenutno prizadevajo razširiti uporabo sistema SPARXS tudi na področje nukleinskih kislin in ga prilagoditi za preučevanje interakcij med proteini in ligandi ter proteini in peptidi. V okviru projekta preučujemo tudi možnost integracije podatkov SPARXS s pristopi strojnega učenja. Takšna kombinacija bi lahko platformi omogočila napovedovanje molekularnih interakcij in dinamike ter s tem izboljšala njeno uporabo pri odkrivanju zdravil in v sintezni biologiji. "Platforma SPARXS, ki združuje ločljivost enomolekularnih tehnik in obseg visoko zmogljivih pristopov, omogoča raziskovalcem, da sistematično preučujejo, kako spremembe zaporedja vplivajo na vedenje molekul, kar se uporablja od temeljne biofizike do translacijskih biomedicinskih raziskav," sklene Joo. K sodelovanju vabi(opens in new window) tudi potencialne sodelavce, ki jih zanima uporaba sistema SPARXS v drugih bioloških sistemih.

Discover other articles in the same domain of application

My booklet 0 0