【字体: 时间:2022年10月11日 来源:Nucleic Acids Research

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  合成生物学致力于实现生物过程的稳健控制,以便为各种工业、诊断和治疗应用创建设计有机体。奥胡斯大学iNANO中心的研究人员开发了RNA折纸海绵和基于CRISPR的调节剂,用于微生物酶途径的高级遗传控制,以提高有价值的生物化学物质的生产。

   

dCas9 bound to a guide RNA – RNA origami fusion molecule    

分子模型显示dCas9结合到引导RNA - RNA折纸融合分子,将转录因子带入启动子序列。


开发精确控制生物过程的工具一直是合成生物学这个现已成熟的领域的主要支柱之一。这些科学工具借鉴了大量研究领域的原理,当结合在一起时,可以实现独特的应用,对现代社会具有潜在的变革意义。由于与细胞折叠和表达的兼容性,在生物学背景下翻译现代RNA纳米技术创新具有巨大的潜力,但也带来了独特的挑战,如严格的性能条件和RNA分子固有的不稳定性。

然而,安德森实验室最近开发的一种被称为“RNA折纸”的RNA结构设计方法正试图解决这个问题。这种方法试图生成复杂的人造RNA为基础的设备,在细胞中稳定,与其他生物分子(包括其他RNA和蛋白质)相互作用,并实现独特的应用,特别是在基因调控的背景下。通过最近发表的两种不同的方法,RNA折纸被认为是一种复杂的RNA设计平台,当应用于细胞环境时,产生基于合成生物学的调节的独特分子。

RNA海绵在细菌中调节酶的产生

在第一种方法中,RNA折纸被用于在细菌中表达时实现蛋白质生产水平的精确控制。自我抑制蛋白表达盒是通过在其自身基因中安装表达蛋白的强结合位点而制成的。之后,用相同蛋白结合位点修饰的RNA折纸大量过量表达。通过这种方式,RNA折纸就像一个蛋白质海绵,隔离细胞中的蛋白质,并允许自我抑制蛋白的表达。这一总体概念被证明能够同时调控几种蛋白质,并打开酶途径以提高产品产量。

基于CRISPR的酵母化工厂调节剂

在第二种方法中,RNA折纸与最流行的现代分子生物学技术之一CRISPR相结合,来调节酵母中的基因表达。RNA折纸整合在小RNA中,引导CRISPR-Cas9靶向DNA基因组中的特定序列。RNA折纸支架上装饰有能够招募转录因子的蛋白质结合位点。通过将RNA支架定位于启动子区域,转录因子激活了基因表达。结果表明,表达强度可以通过支架的定向和转录因子的招募量来调节。最后,通过对多酶途径的控制,实现了抗癌药物的高产生产。

Utilizing RNA origami scaffolds in Saccharomyces cerevisiae for dCas9-mediated transcriptional control

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