_ Utilizarea ADN-ului proiectat pe computer pentru a studiază identitățile celulelor

Toate celulele din corpul nostru au același cod genetic și totuși pot diferi în ceea ce privește identitățile, funcțiile și stările de boală. Deosebirea unei celule de alta într-un mod simplu, în timp real, s-ar dovedi neprețuită pentru oamenii de știință care încearcă să înțeleagă inflamația, infecțiile sau cancerele.

Acum, oamenii de știință de la Centrul de Medicină Moleculară Max Delbrück din Germania au creat un algoritm care poate proiecta astfel de instrumente care dezvăluie identitatea și starea celulelor folosind segmente de ADN numite „regiuni sintetice de control al locusului” (sLCR). Ele pot fi utilizate într-o varietate de sisteme biologice. Descoperirile, realizate de o echipă condusă de dr. Gaetano Gargiulo, șeful Laboratorului de Oncologie Moleculară, sunt raportate în Nature Communications.

„Acest algoritm ne permite să creăm instrumente precise ADN pentru marcarea și studierea celulelor, oferind noi perspective asupra comportamentelor celulare”, spune Gargiulo, autorul principal al studiului. „Sperăm că această cercetare deschide porțile către un mod mai simplu și mai scalabil de înțelegere și manipulare a celulelor.”

Acest efort a început când Dr. Carlos Company, un fost student absolvent la laboratorul Gargiulo și co-primul autor a studiului, a început să investească energie în automatizarea designului instrumentelor ADN și pentru a le face accesibile altor oameni de știință. El a codificat un algoritm pentru a genera instrumente care să-i ajute pe cercetători să înțeleagă procesele celulare de bază, precum și procesele bolii, cum ar fi cancerul, inflamația și infecțiile.

„Acest instrument permite cercetătorilor să examineze modul în care celulele se transformă de la un tip la altul. . Este deosebit de inovator, deoarece compila toate instrucțiunile cruciale care direcționează aceste modificări într-o secvență simplă de ADN sintetic. La rândul său, acest lucru simplifică studiul comportamentelor celulare complexe în domenii importante precum cercetarea cancerului și dezvoltarea umană", spune Compania.

Programul de calculator se numește „proiectare logică a ADN-ului cis-regulator sintetic” (LSD). Cercetătorii au introdus genele cunoscute și factorii de transcripție asociați cu stările specifice ale celulei pe care doresc să le studieze, iar programul îl folosește pentru a identifica segmentele de ADN (promotori și amplificatori) care controlează activitatea în celula de interes. Aceste informații sunt suficiente pentru a descoperi secvențe funcționale, iar oamenii de știință nu trebuie să cunoască motivul precis genetic sau molecular din spatele comportamentului unei celule; ei trebuie doar să construiască sLCR.

Programul caută în genomurile oamenilor sau ale șoarecilor pentru a găsi locuri unde factorii de transcripție sunt foarte probabil să se lege, spune Yuliia Dramaretska, studentă absolventă la laboratorul Gargiulo și co-primul autor. Acesta generează o listă de secvențe lungi de 150 de perechi de baze care sunt relevante și care probabil acționează ca promotori și amplificatori activi pentru afecțiunea studiată.

„Nu oferă o listă aleatorie a acestor regiuni, evident, " ea spune. „Algoritmul le clasifică de fapt și găsește segmentele care vor reprezenta cel mai eficient fenotipul pe care doriți să-l studiați.”

Oamenii de știință pot crea apoi un instrument numit regiune sintetică de control al locusului (sLCR), care include secvența generată urmată de un segment de ADN care codifică o proteină fluorescentă.

„SLCR-urile sunt ca o lampă automată pe care o puteți pune în interiorul celulelor. Această lampă se aprinde numai în condițiile pe care doriți să le studiați.” spune dr. Michela Serresi, cercetător la laboratorul Gargiulo și co-primul autor. Culoarea „lămpii” poate fi variată pentru a se potrivi cu diferite stări de interes, astfel încât oamenii de știință să poată privi sub un microscop cu fluorescență și să cunoască imediat starea fiecărei celule din culoarea ei. „Putem urmări cu ochii culoarea dintr-o cutie Petri atunci când facem un tratament”, spune Serresi.

Oamenii de știință au validat utilitatea programului de calculator folosindu-l pentru a detecta medicamentele din celulele infectate cu SARS-CoV-2, așa cum a fost publicat anul trecut în Science Advances. De asemenea, l-au folosit pentru a găsi mecanisme implicate în cancerele cerebrale numite glioblastoame, în care niciun tratament nu funcționează.

„Pentru a găsi combinații de tratament care funcționează pentru anumite stări de celule din glioblastoame, nu trebuie doar să înțelegeți ce definește aceste stări celulare, dar trebuie și să le vezi pe măsură ce apar”, spune dr. Matthias Jürgen Schmitt, cercetător la laboratorul Gargiulo și co-primul autor, care a folosit instrumentele din laborator pentru a le prezenta valoarea.

Acum, imaginați-vă celulele imune concepute în laborator ca terapie genică pentru a ucide un tip de cancer. Când sunt infuzate în pacient, nu toate aceste celule vor funcționa așa cum a fost prevăzut. Unele vor fi puternice, iar altele pot fi într-o stare disfuncțională. Laboratorul Gargiulo va folosi acest sistem pentru a studia comportamentul acestor delicate terapii bazate pe celule anticanceroase în timpul producției.

„Cu colaborările potrivite, această metodă are potențialul de a avansa tratamente în domenii precum cancerul, infecții virale și imunoterapii”, spune Gargiulo.

(Fluierul)