El desarrollo de herramientas para el control preciso de los procesos biológicos ha sido uno de los principales pilares del ya maduro campo de la biología sintética. Estas herramientas científicas toman prestados principios de una multitud de campos de investigación que, cuando se combinan, permiten aplicaciones únicas que son potencialmente transformadoras para la sociedad moderna.

Traducir las innovaciones modernas de nanotecnología de ARN en el contexto biológico posee un potencial inmenso debido a la compatibilidad con el plegamiento y la expresión en las células, pero también impone desafíos únicos, como condiciones de rendimiento estrictas y la inestabilidad inherente de las moléculas de ARN.

Sin embargo, un enfoque de diseño de ARN estructural reciente desarrollado en el laboratorio de Andersen, denominado "origami de ARN", está tratando de abordar esto. Este enfoque intenta generar dispositivos complejos basados ​​en ARN fabricados por el hombre que sean estables en las células, interactúen con otras biomoléculas, incluidos otros ARN y proteínas, y permitan aplicaciones únicas, particularmente en el contexto de la regulación génica.

Demostrado por dos enfoques distintos publicados recientemente en Nucleic Acids Research , el origami de ARN se presenta como una plataforma sofisticada de diseño de ARN que, cuando se aplica en el contexto celular, genera moléculas únicas para la regulación basada en la biología sintética.

Las esponjas de ARN regulan la producción de enzimas en bacterias

En el primer enfoque, se utilizó el origami de ARN para lograr un control preciso de los niveles de producción de proteínas cuando se expresan en bacterias. Se crearon casetes de expresión de proteína autoinhibidora instalando un sitio de unión fuerte para la proteína expresada en su propio gen. Posteriormente, el origami de ARN decorado con los mismos sitios de unión a proteínas se expresó en gran exceso.

De esta forma, el origami de ARN sirve como una proteína-esponja que secuestra proteínas en la célula y permite la expresión de la proteína autoinhibida. Se demostró que este concepto general permite la regulación de varias proteínas simultáneamente y activa vías enzimáticas para mejorar el rendimiento del producto.

Reguladores basados ​​en CRISPR para fábricas de productos químicos de levadura

En el segundo enfoque, el origami de ARN se combinó con CRISPR, una de las técnicas modernas de biología molecular más populares, para regular la expresión génica en la levadura. Los origamis de ARN se integraron en los pequeños ARN que guían a CRISPR-Cas9 para apuntar a secuencias específicas en el genoma de ADN.

Los andamios de origami de ARN se decoraron con sitios de unión a proteínas capaces de reclutar factores de transcripción. Al dirigir los andamios de ARN a las regiones promotoras, los factores de transcripción activaron la expresión génica. Se demostró que la fuerza de la expresión se puede ajustar mediante la orientación del andamio y la cantidad de factores de transcripción reclutados. Finalmente, se demostró que las vías multienzimáticas podrían controlarse para la producción de alto rendimiento del fármaco anticanceroso violaceína. + Explora más

Sistema de control de calidad de proteínas sintéticas en bacterias