Ερευνητές του Pohang University of Science and Technology (POSTECH) ανέπτυξαν μια νέα πλατφόρμα γενετικών κυκλωμάτων βασισμένη στο RNA, με την ονομασία RATEX (Ribosome-Assisted Transcriptional EXpression controller), η οποία επιτρέπει στα κύτταρα να αναγνωρίζουν πολλαπλά μοριακά σήματα, να τα επεξεργάζονται και να ενεργοποιούν αυτόματα συγκεκριμένες βιολογικές αποκρίσεις.
Η νέα τεχνολογία αποτελεί ένα σημαντικό βήμα πέρα από την απλή γενετική τροποποίηση, καθώς επιτρέπει στα κύτταρα να λειτουργούν σαν «ζωντανοί υπολογιστές», λαμβάνοντας αποφάσεις με βάση πολύπλοκους συνδυασμούς πληροφοριών.
RATEX: Το ριβόσωμα αποκτά νέο ρόλο
Οι επιστήμονες αξιοποίησαν το ριβόσωμα, το κυτταρικό σύστημα που φυσιολογικά συνθέτει πρωτεΐνες, μετατρέποντάς το σε έναν βιολογικό «διακόπτη». Υπό συγκεκριμένες συνθήκες, το ριβόσωμα μπορεί να σταματά προσωρινά την ανάγνωση του RNA σε προκαθορισμένα σημεία, καθορίζοντας αν θα συνεχιστεί ή όχι η έκφραση ενός γονιδίου.
Η προσέγγιση αυτή, που ονομάζεται Translation-to-Transcription Converter (TTC), επιτρέπει τον άμεσο έλεγχο της μεταγραφής μέσω μηχανισμών που μέχρι σήμερα λειτουργούσαν μόνο στο στάδιο της μετάφρασης.
Επεξεργασία έως και έξι διαφορετικών σημάτων
Με τη νέα αρχιτεκτονική, η ερευνητική ομάδα κατάφερε να δημιουργήσει γενετικά κυκλώματα που μπορούν να επεξεργάζονται ταυτόχρονα έως και έξι διαφορετικά σήματα RNA, ενώ παράλληλα αναγνωρίζουν και άλλους βιολογικούς παράγοντες, όπως αμινοξέα και βιταμίνες.
Το σύστημα πέτυχε ικανότητα ρύθμισης της γονιδιακής έκφρασης έως και 1.492 φορές μεγαλύτερη, ξεπερνώντας σημαντικούς περιορισμούς προηγούμενων τεχνολογιών.
Προοπτικές για ιατρική και βιοτεχνολογία
Οι ερευνητές συνδύασαν επίσης την πλατφόρμα RATEX με τεχνολογίες CRISPR και συνθετικά οργανίδια χωρίς μεμβράνη, επιτρέποντας την αλλαγή της μορφολογίας των κυττάρων και την αναδιοργάνωση του εσωτερικού τους μόνο όταν πληρούνται όλες οι προκαθορισμένες συνθήκες.
Η νέα τεχνολογία θα μπορούσε να αξιοποιηθεί στην ανάπτυξη «έξυπνων» θεραπειών που αναγνωρίζουν ειδικούς μοριακούς δείκτες καρκίνου και παράγουν θεραπευτικές ουσίες μόνο όταν απαιτείται. Παράλληλα, ανοίγει τον δρόμο για νέας γενιάς βιοαισθητήρες, οι οποίοι θα ενεργοποιούνται αποκλειστικά όταν εντοπίζουν συγκεκριμένους συνδυασμούς ρύπων ή άλλων χημικών ουσιών στο περιβάλλον.