Wszystkie komórki naszego ciała mają ten sam kod genetyczny, a mimo to mogą różnić się tożsamością, funkcjami i stanami chorobowymi. Odróżnienie jednej komórki od drugiej w prosty sposób i w czasie rzeczywistym okazałoby się nieocenione dla naukowców próbujących zrozumieć stany zapalne, infekcje czy nowotwory. Nad tym pracują naukowcy z Centrum Maxa Delbrücka. Stworzyli algorytm, który może zaprojektować narzędzia ujawniające tożsamość i stan komórek za pomocą segmentów DNA zwanych „syntetycznymi regionami kontroli locus” (sLCR). Można je stosować w różnych układach biologicznych.
Odkrycia dokonane przez laboratorium dr Gaetano Gargiulo, kierownika Laboratorium Onkologii Molekularnej, opublikowano w Nature Communications.
– Algorytm ten umożliwia nam tworzenie precyzyjnych narzędzi DNA do znakowania i badania komórek, oferując nowy wgląd w zachowania komórkowe – mówi Gargiulo, starszy autor badania.
– Mamy nadzieję, że te badania otworzą drzwi do prostszego i skalowalnego sposobu rozumienia komórek i manipulowania nimi – stwierdził.
Najpierw Dr Carlos Company, absolwent laboratorium Gargiulo i współautor badania, zaczął zajmować się automatyzacją projektowania narzędzi DNA i udostępniać je innym naukowcom.
Zakodował algorytm, który może wygenerować narzędzia umożliwiające zrozumienie podstawowych procesów komórkowych, a także procesów chorobowych, takich jak nowotwory, stany zapalne i infekcje.
-To narzędzie pozwala naukowcom badać sposób, w jaki komórki przekształcają się z jednego typu w drugi. Jest szczególnie innowacyjne, ponieważ zestawia wszystkie kluczowe instrukcje, które kierują tymi zmianami w prostą syntetyczną sekwencję DNA. To z kolei upraszcza badanie złożonych zachowań komórkowych w ważnych obszarach, jak badania nad rakiem i rozwój człowieka – stwierdził.
Program komputerowy nosi nazwę „logicznego projektu syntetycznego cis-regulacyjnego DNA” (LSD). Naukowcy wprowadzają znane geny i czynniki transkrypcyjne powiązane z konkretnymi stanami komórek, które chcą badać, a program wykorzystuje te dane do identyfikacji segmentów DNA (promotorów i wzmacniaczy) kontrolujących aktywność danej komórki.
Informacje te wystarczają do odkrycia sekwencji funkcjonalnych, a naukowcy nie muszą znać dokładnej genetycznej lub molekularnej przyczyny zachowania komórki; muszą po prostu skonstruować sLCR.
– Program analizuje genomy, aby znaleźć miejsca, w których czynniki transkrypcyjne z dużym prawdopodobieństwem zwiążą się – wyjaśnia Yuliia Dramaretska, absolwentka laboratorium Gargiulo i współautorka badania.
Program „wypluwa” listę sekwencji o długości 150 par zasad, które są istotne i które prawdopodobnie działają jako aktywne promotory i wzmacniacze badanego stanu.
– Oczywiście nie jest to losowa lista – mówi. – Algorytm tak naprawdę je szereguje i znajduje segmenty, które najskuteczniej reprezentują fenotyp, który chcesz badać.
Naukowcy mogą następnie stworzyć narzędzie zwane „syntetycznym regionem kontrolnym locus” (sLCR), które zawiera wygenerowaną sekwencję, po której następuje segment DNA kodujący białko fluorescencyjne.
Naukowcy potwierdzili przydatność programu komputerowego, wykorzystując go do badań przesiewowych pod kątem leków w komórkach zakażonych SARS-CoV-2. Wykorzystali go także do znalezienia mechanizmów związanych z nowotworami mózgu zwanymi glejakami wielopostaciowymi, w przypadku których nie działa żadne pojedyncze leczenie.
– Aby znaleźć kombinacje terapii, które będą skuteczne w przypadku określonych stanów komórek glejaka wielopostaciowego, należy nie tylko zrozumieć, co definiuje te stany komórek, ale także zobaczyć je w momencie ich powstawania – przyznaje dr Matthias Jürgen Schmitt, badacz z Instytutu Laboratorium Gargiulo i współautor publikacji.
– Przy odpowiedniej współpracy metoda ta może potencjalnie udoskonalić metody leczenia takich chorób, jak rak, infekcje wirusowe i immunoterapie – mówi Gargiulo.
Źródło: materiały Centrum Medycyny Molekularnej im. Maxa Delbrucka przy Stowarzyszeniu Helmholtza w Berlinie, zdjęcie zajawka: Freepik
Zostaw komentarz
You must be logged in to post a comment.