Glms ribozymeSpecialişti din domeniul ingineriei genetice au creat un dispozitiv biologic care, introdus în interiorul celulei, este capabil ca, în funcţie de moleculele care îl accesează să îndeplinească diverse roluri. Dispozitivul organizează expresia anumitor gene.

 

 

 

Când introduceţi un dispozitiv USB în calculator, indiferent de sistemul de operare de care dispuneţi, acesta va fi recunoscut imediat şi toate informaţiile conţinute de acesta vor deveni automat disponibile. Puteţi astfel accesa, modifica sau şterge documentele pe care le conţine.

Acum imaginaţi-vă că în domeniul ingineriei genetice a fost creat un dispozitiv biologic care, introdus în interiorul celulei, este capabil ca în funcţie de moleculele care îl accesează să îndeplinească diverse funcţii. Mai precis, acest dispozitiv organizează după anumite reguli expresia anumitor gene.


Cum funcţionează o celulă? Puteţi observa în cadrul acestui videoclip şi etapele prin care are loc producţia de proteine în celulă. În nucleu se găseşte ADN-ul, ce conţine gene. ADN-ul din gene va fi transcris în ARN. În urma unor procese de maturare a ARN-ului, acesta va fi transportat în citoplasmă, unde va fi tradus în proteine...

 

Peste tot în jurul nostru, lumea este construită pe principii de acţiune-reacţiune. Şi noi suntem supuşi zilnic acestor principii: atingem un obiect fierbinte – ne retragem, suntem înfometaţi – mâncăm, sună alarma dimineaţa ca să mergem la slujbă – o stingem iritaţi, etc. Aceleaşi principii universale se regăsesc şi la nivelul celulei. Cel mai mic stimul metabolic sau exterior informează celula că trebuie să producă mai mult sau mai puţin din fiecare categorie de proteine. Responsabile cu regularea producţiei la nivelul celulei sunt proteinele. Ele se leagă la nivelul ADN-ului şi inhibă sau stimulează producţia. Totuşi, recent, un rol mai fin în aceste răspunsuri de adaptare a fost atribuit şi unor molecule de ARN.

ARN-ul (acidul ribonucleic) este una din componentele biologice esenţiale (alături de ADN şi proteine) pentru existenţa, activitatea şi reproducerea celulelor. Deşi este foarte cunoscut pentru rolul lui de intermediar în traducerea informaţiei de la ADN la proteină, articolul prezent face trimitere la funcţia anumitor tipuri de ARN de a regula expresia genelor. Printre aceste tipuri de ARN se numără si riboswitch-urile.

Riboswitch-urile nu codifică proteine, ci sunt nişte molecule de ARN foarte flexibile care pot să adopte diverse conformaţii spaţiale. Aceste molecule sunt atât de flexibile încât la variaţii mici de temperaturi îşi pot modifica considerabil conformaţia, determinând nivelul de expresie al genei regulate (cât va produce gena respectiva).

Riboswitch-urile şi-au câştigat numele de la modul lor de a funcţiona, care este foarte asemănător cu principiul "comutator-ului" (switch-ului) din electronică. În general, aceste molecule de ARN au două forme : una inactivă şi una activă. În funcţie de tipul şi concentraţia de metabolit în celulă, riboswitch-ul poate trece de la forma lui inactivă la cea activă şi viceversa.

 

glmS ribozyme
glmS ribozyme/riboswitch

Un exemplu simplu de activitate a unui riboswitch este oferit de cel care acţionează asupra unei gene numită glms. Această genă este activată de către riboswitch şi produsul ei este responsabil cu producerea unor molecule numite GlcN6P, care interacţionează cu riboswitch-ul. Când în celulă s-au acumulat foarte multe molecule GlcN6P, concentraţia acestora inactivează riboswitch-ul, reducând astfel expresia genei glms...

Odată această analogie la dispoziţie, nu le-a luat mult cercetătorilor ca să înceapă să "fabrice" ei înşişi astfel de molecule, specific pentru anumite gene care îi interesau. Şi au reuşit. Problema este că aceste riboswitch-uri nu au fost concepute ca să funcţioneze şi in vivo, nu sunt foarte modulabile şi nici nu sunt capabile să se adapteze la diverse tipuri celulare. O astfel de platformă riboswitch, care răspunde criteriilor de mai sus, a fost concepută de Dr. Christina Smolke şi Dr. Maung Nyan Win şi se numeşte "ribozyme switch". Este vorba despre un protocol biologic care permite crearea unui riboswitch plecând de la gena ce urmează a fi regulată şi metabolitul la care expresia acesteia trebuie sa fie sensibilă. Odată creat, acest dispozitiv acţionează în interiorul celulei in vivo şi permite realizarea de operaţii AND, NOR, NAND şi OR, la fel ca şi în informatică.

Imaginaţi-vă cu cât va spori eficacitatea răspunsului imunitar un astfel de mecanism. Riboswitch-ul poate detecta tipul de agent patogen şi cantitatea lui în organism. Ar trece astfel de la forma sa inactivă la cea activă şi ar stimula activitatea limfocitelor T, care ar combate agentul dăunător. Un alt domeniu de aplicabilitate este terapia genică, aceasta constând în introducerea şi activarea unor gene modificate sau inactivarea unor gene "stricate", în scopul tratării bolilor. Dar pe lângă prevenirea şi tratarea bolilor, aceste dispozitive pot fi utile în "ameliorarea" unor caracteristici, de exemplu pentru recoltele agricole.

Puteţi afla mai multe informaţii pe această temă de pe site-ul BiologyNews.net, din comunicatul de presă Caltech, precum şi din teza lui Maung Nyan Win, pe care o puteţi consulta aici.

 

 

Alexandra Popa a urmat studiile doctorale în bioinformatică la Universitatea Claude Bernard din Lyon, Franţa.