Cercetătorii au descoperit cum să creeze cromozomi umani artificiali

Crearea de cromozomi umani artificiali (HAC) capabili să funcționeze în celulele umane ar putea impulsiona terapiile genetice avansate, inclusiv pe cele care abordează unele tipuri de cancer, împreună cu multe aplicații de laborator, însă obstacole tehnice serioase au împiedicat dezvoltarea lor.

Acum, o echipă condusă de cercetători de la Școala de Medicină Perelman de la Universitatea din Pennsylvania (SUA) a realizat o descoperire semnificativă în acest domeniu care trece efectiv peste o piedică comună.

Într-un studiu publicat în revista Science, cercetătorii au explicat cum au conceput o tehnică eficientă pentru realizarea de HAC din construcții unice și lungi de ADN de proiectare. Metodele anterioare de realizare a HAC au fost limitate de faptul că construcțiile de ADN folosite pentru a îi face au tendința de a se uni („multimeriza”) în serii imprevizibil de lungi și cu rearanjamente imprevizibile.

Oamenii de știință știu acum cum să facă cromozomi umani artificiali

Noua metodă permite realizarea de cromozomi umani artificiali mai rapid și mai precis, ceea ce, la rândul său, va accelera direct ritmul la care poate fi efectuată cercetarea ADN-ului. În timp, cu un sistem de livrare eficient, această tehnică ar putea duce la terapii celulare mai bine proiectate pentru boli precum cancerul.

„Practic, am făcut o reconfigurare completă a abordării vechiului design și livrare ale HAC. HAC-ul pe care l-am construit este foarte atractiv pentru implementarea ulterioară în aplicațiile de biotehnologie, de exemplu, acolo unde este dorită ingineria genetică a celulelor la scară largă. Un avantaj este că HAC există alături de cromozomii naturali fără a fi nevoie să se modifice cromozomii naturali ai celulei”, a declarat dr. Ben Black, profesorul de biochimie și biofizică la Universitatea din Pennsylvania.

Primii HAC au fost dezvoltați acum 25 de ani, iar tehnologia cromozomilor artificiali este deja foarte avansată pentru cromozomii mai mici și mai simpli ai organismelor mai puțin complexe, cum ar fi bacteriile și drojdia. Cromozomii umani sunt o altă problemă, din cauza în mare măsură a dimensiunilor lor mai mari și a centromerelor (regiunea centrală unde sunt unite brațele cromozomilor în formă de X) mai complexe, explică Phys.org.

Cercetătorii au reușit să facă cromozomi umani artificiali mici care să se formeze din lungimi auto-legătoare de ADN adăugate celulelor, dar aceste lungimi de ADN se multimerizează cu organizări și numere de copii imprevizibile, complicând utilizarea lor terapeutică sau științifică, iar HAC-ul rezultat uneori chiar încorporează fragmente din cromozomii naturali ai celulelor lor gazdă, făcând editarea acestora nefezabilă.

O nouă metodă

În studiul lor, cercetătorii de la Penn Medicine au conceput HAC îmbunătățiți cu mai multe inovații: aceștia au inclus construcții inițiale de ADN mai mari care conțin centromere mai mari și mai complexe, ceea ce permite formarea de HAC din copii unice ale acestor construcții. Pentru livrarea la celule, au folosit un sistem bazat pe drojdie capabil să transporte încărcături mai mari.

„În loc să încercăm să inhibăm multimerizarea, de exemplu, am trecut pur și simplu peste problema marii construcției inițiale de ADN, astfel încât aceasta să tindă natural să rămână în formă predictibilă de copie unică”, a spus Black.

Cercetătorii au demonstrat că metoda lor a fost mult mai eficientă în formarea de HAC viabili în comparație cu metodele standard și a produs HAC care s-au putut reproduce în timpul diviziunii celulare.

Avantajele potențiale ale cromozomilor artificiali, presupunând că pot fi livrați ușor la celule și să funcționeze precum cromozomii naturali, sunt numeroase. Aceștia ar oferi platforme mai sigure, mai productive și mai durabile pentru exprimarea genelor terapeutice, în contrast cu sistemele de livrare a genelor bazate pe virusuri care pot declanșa reacții imunitare și implică inserție virală dăunătoare în cromozomii naturali.

Exprimarea normală a genelor în celule necesită, de asemenea, mulți factori regulatori locali și distanți, care sunt practic imposibil de reprodus artificial în afara unui context similar cu cel al cromozomilor. Mai mult, cromozomii artificiali, spre deosebire de vectorii virali relativ strâmți, ar permite exprimarea unor ansambluri mari și cooperante de gene, de exemplu pentru a construi mașinării proteice complexe.

Black se așteaptă ca aceeași abordare largă pe care a adoptat-o grupul său în acest studiu să fie utilă în realizarea cromozomilor artificiali pentru alte organisme superioare, inclusiv plante pentru aplicații agricole, cum ar fi culturile rezistente la dăunători și cu randament ridicat.

Vă recomandăm să citiți și:

Dovedit științific sau publicitate falsă: Pericolul din produsele cosmetice

De ce tinerii trebuie ajutați mai mult decât bătrânii: „Îmbătrânirea poate fi amânată”

Ar putea fi vaccinul împotriva tuberculozei cea mai ieftină armă în lupta cu boala Alzheimer?

Unele cazuri de demență ar putea fi o formă ascunsă de boală hepatică