El gráfico anterior proporciona esquemas de un proceso fundamental para la investigación dirigida por Xiao Wang y Alexander Green para encontrar nuevas formas de restaurar la salud humana mediante la reingeniería de los biomecanismos del cuerpo. En los paneles izquierdo y medio, la ilustración muestra la ingeniería de los ARN de ajuste de degradación, o dtRNA, caracterizando sus características estructurales. Los investigadores clasificaron la biblioteca completa de dtRNA en función de su rendimiento frente al proceso de degradación del ARN realizado por ribonucleasas en células procariotas. El panel de la derecha muestra que los investigadores probaron el potencial de estos dtRNA caracterizados para diversas aplicaciones biotecnológicas, como la regulación de la expresión génica utilizando la herramienta de edición genética del sistema CRISPR / Cas9 o para el diagnóstico viral mediante un sensor híbrido dtRNA-toehold switch. Crédito:grupo de investigación Xiao Wang
Diagnósticos efectivos, Las terapias y tratamientos para enfermedades e infecciones podrían implicar cada vez más la reingeniería de los biomecanismos internos del cuerpo en sus fundamentos químicos y moleculares más básicos.
El conocimiento cada vez mayor sobre los procesos biológicos del cuerpo está aumentando las posibilidades de restaurar la salud humana, dice Xiao Wang, profesor asociado de ingeniería biomédica en las Escuelas de Ingeniería Ira A. Fulton de la Universidad Estatal de Arizona. Él y un equipo de investigadores están explorando formas de desencadenar y controlar la diferenciación celular y la transición para desbloquear propiedades que pueden cambiar el enfoque de los bioingenieros para el diagnóstico. desarrollo de vacunas y tratamientos terapéuticos.
Investigaciones recientes dirigidas por Wang y Alexander Green, profesor asistente de ingeniería biomédica en la Universidad de Boston, revela más sobre el potencial para diseñar pequeñas estructuras complementarias para biomoléculas que pueden mejorar sus propiedades.
"Podría haber nuevos y mejores tipos de aplicaciones para el diagnóstico, terapéuticas y tratamientos, y para la ingeniería del genoma, ", Dice Wang." Estas podrían ser grandes contribuciones a la biomedicina ".
Los detalles sobre lo que la investigación puede producir aparecen en el artículo Control predecible de la vida útil del ARN utilizando ARN de ajuste de degradación diseñados por ingeniería. publicado esta semana en la revista de investigación Biología química de la naturaleza .
El enfoque de Wang y Green está en el ARN mensajero, o ARNm, que lleva información genética del ADN, la molécula que contiene el modelo genético necesario para desarrollar y mantener organismos, incluidos los humanos.
Dentro de las celdas, El ARNm transmite mensajes desde el ADN a los ribosomas productores de proteínas, informándoles de qué proteínas necesitan sintetizarse en un momento dado. Si bien el estado del ADN como depósito de información de la célula significa que es muy estable, El papel portador de mensajes del ARNm significa que se degrada rápidamente. Esta degradación ha dificultado la implementación de terapias y diagnósticos basados en ARN.
Wang, Green y su equipo de investigación están ideando métodos para controlar la degradación para producir predecibles, Resultados precisos y estables. El nuevo artículo de investigación describe cómo están intentando ajustar la velocidad de degradación del ARNm para aumentar la capacidad de realizar funciones biotecnológicas. Para hacer esto, han identificado características estructurales específicas de ARN para construir una biblioteca de componentes de ARN llamados ARN de ajuste de degradación, o dtRNA.
Unir los dtRNA a un ARN de interés mediante ingeniería genética les permite aumentar o disminuir la tasa de degradación del ARN. y ajustar los niveles de expresión génica in vivo e in vitro, ya sea dentro de un organismo vivo o en un laboratorio.
"Descubrimos que los dtRNA podrían usarse con una variedad de diferentes tipos de ARN y modificar los niveles de expresión génica en un rango muy amplio. Estas capacidades pueden aumentar la velocidad y la sensibilidad de los diagnósticos médicos y brindarnos un mejor control sobre la función celular, "dice Green, quien fue profesor asistente en el Instituto de Biodiseño y la Escuela de Ciencias Moleculares de ASU de 2015 a 2020 y actualmente es profesor adjunto de la escuela.
Uno de los resultados más impactantes de estos procesos de refinamiento podría ser el desarrollo de vacunas basadas en ARNm que serían especialmente efectivas contra los virus. dice Wang.
"De hecho, podemos diseñar la estructura de las moléculas de ARN de formas más rápidas y sistemáticas que las hagan más eficientes en su comportamiento. " él dice.
Estos cambios de comportamiento informarán cuán efectivo será el proceso de bioingeniería de Wang y Green para aumentar la eficacia de los diagnósticos. vacunas, terapias y tratamientos.
