Gen Teknolojisine Işık Tutan Yeni Biyosensörler
Bilim adamları gerçek zamanlı tespit araçlarını bitkilerde kullandılar ve biyoteknoloji, biyogüvenlik, biyoenerji ayrıca tarım için çeşitli uygulamalarla hayvanlarda, bakterilerde ve mantarlarda kullanımlarını öngördüler. Ekip, UV sisteminin Bahçıvanlık Araştırmalarında başarılı bir şekilde geliştirilmesini ve bunların ACS Sentetik Biyoloji'de ilkelerin kanıtlanmasını anlattı.
CRISPR teknolojileri hızla biyomühendisliğin birincil araçları haline geldi ve yeni sürümler sürekli olarak geliştiriliyor. Bir organizmanın CRISPR teknolojisi tarafından değiştirilip değiştirilmediğini belirlemek, daha önce karmaşık ve zaman alıcı bir süreçti.
Biyoanalitik kimyager ve ORNL'nin Güvenli Ekosistem Mühendisliği ve Tasarım Bilimi Odak Alanı Başkanı Paul Abraham, "Bundan önce, genom mühendisliğinin olup olmadığını anlamanın tek yolu adli bir analiz yapmaktı. Başarılı olmak için, yeniden yazılmadan önce genomun nasıl göründüğünü bilmeniz gerekir. CRISPR etkinliğini proaktif olarak gözlemleyebileceğimiz bir platform tasarlamak istedik." dedi.
Araştırma ekibi, teknolojinin kendisini ortaya çıkarmasını tetiklemek için CRISPR'nin çalışma biçiminden yararlanan verimli bir kendi kendini algılama çözümü geliştirdi. Normal koşullar altında, CRISPR, CRISPR'yi eşleşen bir DNA dizisine yönlendirdiği için, kılavuz RNA olarak bilinen kısa bir RNA dizisine bağlanarak çalışır. Hedef DNA bulunduğunda, CRISPR, kullanılan CRISPR teknolojisinin tipine bağlı olarak DNA'nın bir veya her iki zincirini kesmek için küçük moleküler makaslar gibi davranarak DNA'yı değiştirir. Abraham, yöntemlerini iki bileşenli bir alarm sistemine benzetiyor. CRISPR aktivitesini yeniden yönlendiren bir biyosensör kılavuz RNA ve aktiviteyi işaretleyen bir raportör protein. Araştırmacılar, izleme sistemini etkinleştirmek için iki bileşeni bir organizmanın DNA'sına kodlar.
Kendi kendini algılama sistemi yerindeyken, biyosensör kılavuzu RNA, CRISPR'yi yakalayarak, CRISPR'nin orijinal gen hedefine bağlanmasını önler ve CRISPR'yi, çalışmayan bir yeşil flüoresan proteini veya GFP'yi kodlayan belirli bir DNA dizisine yeniden yönlendirir. CRISPR diziyi düzenlediğinde, CRISPR'nin varlığını gösteren yeşil bir ışıma oluşturan, işleyen GFP üreten bir anahtarı çevirir.
GFP'den gelen parıltıyı görmek için bir mikroskop gerektiğinden, araştırmacılar, GFP'yi, yaygın olarak siyah ışık olarak bilinen ultraviyole ışık türü altında görülebilen, eYGFPuv adı verilen benzer bir raportör protein ile değiştirerek orijinal yöntemlerini geliştirdiler.
Abraham, "Artık, değerlendirdiğimiz organizmaların boyutu, şekli ve konumundan bağımsız olarak CRISPR'nin gerçek zamanlı olarak aktif olup olmadığını görebiliriz. Bu esneklik, biyomühendislik sürecini hızlandırır ve biyosensörlerin laboratuvar ve saha uygulamalarında kullanımını genişletir." dedi.
CRISPR'nin etkin kullanım için her organizmaya göre uyarlanması gerektiğinden, CRISPR teknolojisinin belirli bir bitkide mi yoksa mikropta mı çalıştığını bilmek, kuraklığa dayanıklı biyoenerji bitkileri geliştirmek ve bitkileri verimli bir şekilde sürdürülebilir havacılık yakıtlarına dönüştürmek için bakteri mühendisliği yapmak gibi hedeflere doğru ilerlemeyi hızlandırabilir.
ORNL'nin Sentetik Biyoloji Grubu Başkanı Carrie Eckert, "Bu araçlar, hedeflediğimiz istenen genetik değişikliklerle pozitif transformantları hızlı bir şekilde tanımlamamıza izin veriyor. Değişikliklerin yapılmadığı varyantlara karşı varyantları kolayca görebiliyoruz." dedi.
Biyosensörler ayrıca, istenen değişiklikler yürürlüğe girdikten sonra CRISPR'nin hala aktif olup olmadığını bilmek için etkili bir yöntem sağlar. ORNL bitki sentetik biyoloğu ve yardımcı yazar Xiaohan Yang, CRISPR'nin genom düzenleme etkinliğini faydalı bir ameliyatla karşılaştırıyor, ancak devam eden CRISPR etkinliğinin istenmeyen etkileri olabileceğinden cerrahın makası geride bırakmasını istemediğiniz konusunda uyarıyor.
Yang, örneğin gen düzenleme makinelerinin onlara transfer olmadığını doğrulamak için değiştirilmiş bitkilerin soyunu test edebilecek biyosensör uygulamalarını öngörüyor. Bu teknoloji ile, tüm bir ekin alanını araştırmak mümkündür.
Araştırma ekibi, Cas9 nükleaz, ana düzenleyici, temel düzenleyici ve CRISPRa dahil olmak üzere çeşitli CRISPR araçlarını tespit etmek için özel biyosensörler oluşturdu. Sensörleri, belirli bir CRISPR aracı türünün varlığına işaret eden her sensörle ayrı ayrı gösterdiler. Abraham ayrıca biyosensörleri aynı anda birden fazla gen düzenleme teknolojisini işaretleyecek bir versiyonda birleştirme potansiyelini görüyor. Abraham, "Yeni nesil biyoteknolojilerin güvenliğini artırmak için bu biyosensörleri optimize etmeye devam edeceğiz." dedi.
Kaynak:phys.org