Istraživači sa Univerziteta u Bajrojtu uspostavili su novi optogenetski pristup koji može da kontroliše proizvodnju proteina bakterija na nivou mRNK koristeći plavo svetlo. Novi sistem posebno efikasno pokreće aktivaciju genetske supstance i na taj način prevazilazi prethodne pristupe. Pruža nove alate za osnovna istraživanja i biotehnologiju.
Optogenetika se odnosi na regulaciju bioloških procesa svetlošću, na primer, ekspresiju gena, što je aktivacija specifičnih gena. Optogenetika stoga nudi obećavajući pristup za biotehnologiju i „teranostiku“ — kombinaciju terapije i dijagnostike. Omogućava kontrolu proizvodnje proteina u ćelijama.
Pored obezbeđivanja alata za dalja osnovna istraživanja i za biotehnološke primene, nalazi Bajrojtovih istraživača takođe donose značajan napredak za opštu kontrolu ćelijskih procesa zasnovanih na RNK pomoću svetlosti. Rezultati se mogu koristiti za izgradnju genetskih kola koja kontrolišu aktivnost i stanje RNK unutar bakterija i ćelija sisara.
Nalazi su objavljeni u časopisu Istraživanje nukleinskih kiselina.
Optogenetske metode su se do sada zasnivale skoro isključivo na aktiviranju transkripcije DNK u mRNK (messenger RNA). Međutim, studija fotobiohemijske grupe na Univerzitetu u Bajrojtu ide korak dalje: istraživači su uspostavili novi optogenetski pristup, nazvan riboptoregulator, za aktiviranje ekspresije bakterijskih gena na nivou mRNK koristeći plavo svetlo.
Prednosti kontrole ekspresije gena na nivou mRNK uključuju brzinu odgovora, modularnost i kombinovanost sa drugim genetskim krugovima.
Tim koji je predvodio prof. dr Andreas Moglich koristio je fotoreceptor PAL, koji su već otkrili pre nekoliko godina. Nakon aktivacije plavim svetlom, PAL može da veže specifične RNK strukture i oslobodi blokadu u takozvanom regionu inicijacije translacije. Ribozomi, koji su odgovorni za prevođenje mRNK u proteine, pristaju na ovaj region. Kada PAL otpusti blokadu, mRNA se može prevesti.
„Iskoristili smo modularnost modula riboptoregulatora i kombinovali ga sa drugim genetskim krugovima da uspostavimo novi pAurora2 sistem. Rezultirajuća, integrisana postavka kontroliše ekspresiju bakterijskih gena kao odgovor na plavo svetlo na posebno strog način i prevazilazi prethodne pristupe“, kaže Moglich .
Sistem pAurora2 je toliko efikasan jer promoviše ekspresiju gena u dve tačke. Prvo, pAurora2 oslobađa blokadu translacije ciljnog gena na lancu mRNK, a drugo, sistem potiskuje ekspresiju represora translacije. Na ovaj način, ekspresija ciljnog gena može se povećati više od 1000 puta.
„Ova regulacija na nivou RNK donosi mnoge prednosti koje se u budućnosti mogu koristiti za moderne primene ekspresije bakterijskih gena regulisane svetlom u teranostici, biotehnologiji ili nauci o materijalima“, kaže dr Americo Ranzani, prvi autor studije i postdoktor. u istraživačkoj grupi za fotobiohemiju u vreme kada je sprovedena.
