La biologie synthétique s’efforce d’obtenir un contrôle robuste des processus biologiques afin de créer des organismes de conception pour une variété d’applications industrielles, diagnostiques et thérapeutiques. Des chercheurs du centre iNANO de l’Université d’Aarhus ont développé des éponges d’origami à ARN et des régulateurs basés sur CRISPR pour un contrôle génétique avancé des voies enzymatiques dans les micro-organismes afin d’améliorer la generation de produits biochimiques précieux.
Le développement d’outils pour un contrôle précis des processus biologiques a été l’un des principaux piliers du domaine désormais mature de la biologie synthétique. Ces outils scientifiques empruntent des principes à une multitude de domaines de recherche qui, lorsqu’ils sont combinés, permettent des applications uniques potentiellement transformatrices pour la société moderne. La traduction des improvements modernes de la nanotechnologie de l’ARN dans le contexte biologique possède un huge potentiel en raison de la compatibilité avec le repliement et l’expression dans les cellules, mais impose également des défis uniques tels que des conditions de effectiveness strictes et l’instabilité inhérente des molécules d’ARN.
Cependant, une approche récente de conception d’ARN structurel développée dans le laboratoire d’Andersen, appelée «origami d’ARN», tente de résoudre ce problème. Cette approche tente de générer des dispositifs complexes à base d’ARN fabriqués par l’homme qui sont stables dans les cellules, interagissent avec d’autres biomolécules, y compris d’autres ARN et protéines, et permettent des apps uniques, en particulier dans le contexte de la régulation des gènes. Démontré par deux approches distinctes récemment publiées, l’origami d’ARN est présenté comme une plate-forme de conception d’ARN sophistiquée qui, lorsqu’elle est appliquée dans le contexte cellulaire, génère des molécules uniques pour une régulation basée sur la biologie synthétique.
Les éponges à ARN régulent la manufacturing d’enzymes chez les bactéries
Dans la première approche, l’origami d’ARN a été utilisé pour obtenir un contrôle précis des niveaux de generation de protéines lorsqu’elles sont exprimées dans des bactéries. Des cassettes d’expression de protéines auto-inhibantes ont été fabriquées en installant un site de liaison fort pour la protéine exprimée dans son propre gène. Ensuite, l’origami d’ARN décoré des mêmes web sites de liaison aux protéines a été exprimé en grand excès. De cette façon, l’origami d’ARN sert d’éponge protéique qui séquestre les protéines dans la cellule et permet l’expression de la protéine car-inhibée. Il a été démontré que ce principle général permet la régulation de plusieurs protéines simultanément et lively les voies enzymatiques pour des rendements de produits améliorés.
Régulateurs basés sur CRISPR pour les usines chimiques de levure
Dans la deuxième approche, l’origami d’ARN a été combiné avec CRISPR, l’une des methods de biologie moléculaire modernes les as well as populaires, pour réguler l’expression des gènes dans la levure. Les origamis d’ARN ont été intégrés dans les petits ARN qui guident CRISPR-Cas9 pour cibler des séquences spécifiques dans le génome d’ADN. Les échafaudages d’origami d’ARN ont été décorés avec des web-sites de liaison aux protéines capables de recruter des facteurs de transcription. En ciblant les échafaudages d’ARN sur les régions promotrices, les facteurs de transcription ont activé l’expression des gènes. Il a été démontré que la drive d’expression peut être réglée par l’orientation de l’échafaudage et la quantité de facteurs de transcription recrutés. Enfin, il a été démontré que les voies multi-enzymes pouvaient être contrôlées pour une creation à haut rendement de la violacéine, un médicament anticancéreux.