Międzynarodowy zespół badawczy kierowany przez Uniwersytet Wiedeński opracował nową wersję cegiełek RNA o wyższej reaktywności chemicznej i światłoczułości, znacznie skracając czas produkcji chipów RNA. (Koncepcja artysty.) Źródło: SciTechDaily.com
Naukowcy dokonali przełomu: syntezy chemicznej o dużej gęstości RNA mikromacierze są teraz szybsze i wydajniejsze.
Zespół badawczy z Uniwersytetu Wiedeńskiego opracował zaawansowane elementy składowe RNA, podwajające szybkość syntezy i siedmiokrotnie poprawiające wydajność. Ta innowacja odpowiada na wyzwania związane z produkcją mikromacierzy RNA i rozszerza zastosowania w biotechnologii i diagnostyce medycznej, w tym w identyfikacji nowych aptamerów RNA.
Postępy w blokach budulcowych RNA
Międzynarodowemu zespołowi badawczemu kierowanemu przez Uniwersytet Wiedeński udało się opracować nową wersję elementów budulcowych RNA o wyższej reaktywności chemicznej i światłoczułości. Może to znacząco skrócić czas produkcji chipów RNA wykorzystywanych w badaniach biotechnologicznych i medycznych. Synteza chemiczna tych chipów jest teraz dwukrotnie szybsza i siedmiokrotnie wydajniejsza. Wyniki badań opublikowano niedawno w prestiżowym czasopiśmie Postęp nauki.
Pojawienie się i zatwierdzenie produktów medycznych na bazie RNA, takich jak szczepionki mRNA, w okresie COVID 19 pandemia, sprawiła, że cząsteczka RNA ujrzała światło dzienne. RNA (rybonukleinowy kwas) to polimer przenoszący informację – związek chemiczny złożony z podobnych podjednostek – ale o znacznie większej różnorodności strukturalnej i funkcjonalnej niż DNA.
Około 40 lat temu opracowano metodę chemicznej syntezy DNA i RNA, w ramach której dowolną sekwencję można złożyć z cegiełek DNA lub RNA przy użyciu chemii fosforoamidytów. Montaż łańcucha kwasu nukleinowego odbywa się krok po kroku przy użyciu tych specjalnych chemicznych elementów budulcowych (fosforamidytów). Każdy element składowy zawiera chemiczne „grupy zabezpieczające”, które zapobiegają niepożądanym reakcjom i zapewniają utworzenie naturalnego połączenia w łańcuchu kwasu nukleinowego.
Pełnowymiarowy mikrochip RNA o dużej gęstości ma mniej więcej wielkość paznokcia i może zawierać do 780 000 unikalnych sekwencji RNA, z których każda zajmuje obszar ~14 x 14 μm². Obecność i jakość RNA można zweryfikować poprzez dodanie komplementarnej nici DNA z zielonym znacznikiem fluorescencyjnym. Źródło: Tadika Kekić
Pokonywanie wyzwań związanych z produkcją mikromacierzy RNA
Tę metodę chemiczną wykorzystuje się również do produkcji mikrochipów (mikromacierzy), w ramach których można syntetyzować i analizować miliony unikalnych sekwencji jednocześnie na stałej powierzchni wielkości paznokcia. Chociaż mikromacierze DNA są już szeroko stosowane, dostosowanie technologii do mikromacierzy RNA okazało się trudne ze względu na niższą stabilność RNA.
W 2018 r. Uniwersytet Wiedeński zademonstrował, w jaki sposób za pomocą fotolitografii można wytworzyć chipy RNA o dużej gęstości: precyzyjnie ustawiając wiązkę światła, można przygotować obszary na powierzchni do przyczepienia kolejnego elementu budulcowego w drodze reakcji fotochemicznej. Chociaż ten pierwszy raport był pierwszym na świecie i pozostaje bezkonkurencyjny, metoda ucierpiała z powodu długich czasów produkcji, niskich wydajności i słabej stabilności. To podejście zostało obecnie znacznie udoskonalone.
Opracowanie nowej generacji bloków budulcowych RNA
Zespół z Instytutu Chemii Nieorganicznej Uniwersytetu Wiedeńskiego we współpracy z Instytutem Biomolekuł im. Maxa Mousseron na Uniwersytecie w Montpellier (Francja) opracował nową wersję cegiełek RNA o wyższej reaktywności chemicznej i światłoczułości. Postęp ten znacznie skraca czas produkcji chipów RNA, dzięki czemu synteza jest dwukrotnie szybsza i siedmiokrotnie wydajniejsza. Innowacyjne chipy RNA można wykorzystać do przeszukiwania milionów kandydatów na RNA pod kątem wartościowych sekwencji do szerokiego zakresu zastosowań.
„Wytwarzanie mikromacierzy RNA zawierających funkcjonalne cząsteczki RNA było po prostu nieosiągalne w przypadku naszej wcześniejszej konfiguracji, ale teraz stało się rzeczywistością dzięki ulepszonemu procesowi z wykorzystaniem grupy zabezpieczającej propionyloksymetyl (PrOM)” – mówi Jory Lietard, adiunkt w Instytucie Chemii Nieorganicznej .
Praktyczne zastosowania i zalety ulepszonych chipów RNA
Publikacja przedstawia bezpośrednie zastosowanie tych ulepszonych chipów RNA w postaci badań aptamerów RNA, małych oligonukleotydów, które specyficznie wiążą się z cząsteczką docelową. Wybrano dwa „rozświetlające” aptamery, które wytwarzają fluorescencję po związaniu z barwnikiem, i zsyntetyzowano na chipie tysiące wariantów tych aptamerów. Pojedynczy eksperyment wiązania wystarczy, aby uzyskać dane dotyczące wszystkich wariantów jednocześnie, co otwiera drogę do identyfikacji ulepszonych aptamerów o lepszych właściwościach diagnostycznych.
„Wysokiej jakości chipy RNA mogą być szczególnie cenne w szybko rozwijającej się dziedzinie nieinwazyjnej diagnostyki molekularnej. Bardzo poszukiwane są nowe i ulepszone aptamery RNA, takie jak te, które mogą śledzić poziom hormonów w czasie rzeczywistym lub monitorować inne markery biologiczne bezpośrednio z potu lub śliny”, mówi Tadija Kekić, doktorantka w grupie Jory’ego Lietarda.
Referencja: „Przyspieszona, wysokiej jakości fotolitograficzna synteza mikromacierzy RNA in situ” 31 lipca 2024 r., Postęp nauki.
DOI: 10.1126/sciadv.ado6762
Praca ta została wsparta finansowo wspólnym grantem Agence Nationale pour la Recherche/Austrian Science Fund (program międzynarodowy FWF I4923).
