Il gruppo di ricerca del professor Jongmin Kim presso POSTECH ha sviluppato una nuova tecnologia che migliora la precisione e la densità di integrazione dei circuiti genetici sintetici.
Il gruppo di ricerca guidato dal professor Jongmin Kim del Dipartimento di scienze della vita di POSTECH, insieme agli studenti laureati Hyunseop Goh e Seungdo Choi, ha sviluppato con successo il “Synthetic Translational Coupling Element (SynTCE)”, migliorando significativamente la precisione e la densità di integrazione dei geni genetici circuiti in biologia sintetica. Questa ricerca è stata recentemente pubblicata in “Ricerca sugli acidi nucleici”rivista internazionale di biologia molecolare e biochimica.
La “biologia sintetica” è un campo di ricerca che assegna nuove funzioni agli organismi sfruttando strumenti di regolamentazione genetica naturale e sintetica. Gli organismi ingegnerizzati attraverso la biologia sintetica possono essere applicati in vari campi, tra cui il trattamento delle malattie, i microrganismi che degradano la plastica e la produzione di biocarburanti. In particolare, il sistema dell'”operone policistronico”, in cui più geni sono espressi in coordinazione per formare complessi ed eseguire funzioni specifiche, è fondamentale per massimizzare l’efficienza della codifica con risorse limitate.
Tuttavia, per progettare con precisione circuiti genetici sofisticati, l’interferenza tra le parti biologiche deve essere ridotta al minimo e la densità di codifica deve essere aumentata per un’efficiente integrazione del circuito genetico. Le parti regolatrici della traduzione basate su RNA sintetico spesso hanno riscontrato limitazioni nella regolazione di più geni e nel raggiungimento di un’elevata precisione nella funzionalità del circuito a causa di interferenze nel processo di traduzione delle proteine.
Per affrontare questo problema, il team del professor Kim si è concentrato sull'”accoppiamento traslazionale”, un meccanismo naturale di regolazione genetica comunemente presente negli operoni che regolano più geni, in cui la traduzione dei geni a monte influenza l’efficienza della traduzione dei geni a valle. Attraverso questa ricerca, il team ha progettato “SynTCE”, che imita questo meccanismo, e lo ha integrato con successo con dispositivi biologici sintetici di RNA per creare circuiti genetici più efficienti.
Integrando l’architettura SynTCE in un sistema di elaborazione RNA come riportato in precedenza dal team, la densità di integrazione dei circuiti genetici viene notevolmente migliorata utilizzando SynTCE per trasmettere con precisione segnali di input ai geni a valle, consentendo sistemi con capacità senza precedenti di controllo simultaneo per più input e output in una singola molecola di RNA.
In particolare, controllando con precisione i terminali N delle proteine ed eliminando le interferenze nella traduzione delle proteine, SynTCE può essere applicato nel “contenimento biologico”‘ tecnologia per eliminare selettivamente le cellule mirate e dirigere le proteine verso posizioni cellulari programmate. Si prevede che questa tecnologia favorirà un controllo funzionale preciso e faciliterà le operazioni biologiche desiderate nelle cellule.
Il professor Jongmin Kim ha dichiarato: “Questa ricerca segna un progresso significativo nel consentire una progettazione di circuiti genetici sofisticata e accurata”, esprimendo la speranza che “questo nuovo design verrà applicato in vari campi come le terapie cellulari personalizzate, i microrganismi per il biorisanamento e la produzione di biocarburanti”.
Questa ricerca è stata sostenuta da varie organizzazioni tra cui l’Istituto di pianificazione e valutazione per la tecnologia alimentare, agricola e forestale, la Fondazione nazionale di ricerca coreana, il finanziamento per la biologia sintetica di Gyeongsangbuk-do e della città di Pohang, il progetto di ricerca e sviluppo sulla tecnologia sanitaria coreana del Korea Health Industry Development Institute. , il progetto di sostegno del Gyeongbuk Techno Park, il 4° progetto di sostegno BK21 del Ministero dell’Istruzione, il progetto del Korea Basic Science Institute e Leaders In Industry-University Cooperazione 3.0 (LINC 3.0).
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