I ricercatori hanno sviluppato nanoparticelle in grado di penetrare nella retina neurale e fornire mRNA alle cellule dei fotorecettori il cui corretto funzionamento rende possibile la visione.

Gli scienziati dell’Oregon State University College of Pharmacy hanno dimostrato in modelli animali la possibilità di utilizzare nanoparticelle lipidiche e RNA messaggero, la tecnologia alla base dei vaccini COVID-19, per trattare la cecità associata a una rara condizione genetica.

Lo studio è stato pubblicato oggi (11 gennaio 2023) sulla rivista I progressi della scienza. È stato guidato dal professore associato di scienze farmaceutiche dell’OSU Gaurav Sahay, dallo studente di dottorato dell’Oregon State Marco Herrera-Barrera e dall’assistente professore di oftalmologia dell’Oregon Health & Science University Renee Ryals.

Gli scienziati hanno superato quella che era stata la principale limitazione dell’utilizzo di nanoparticelle lipidiche, o LNP, per trasportare materiale genetico ai fini della terapia della vista, facendole raggiungere la parte posteriore dell’occhio, dove si trova la retina.

I lipidi sono acidi grassi e composti organici simili tra cui molti oli e cere naturali. Le nanoparticelle sono minuscoli pezzi di materiale di dimensioni variabili da uno a 100 miliardesimi di metro. L’RNA messaggero fornisce istruzioni alle cellule per produrre una particolare proteina.

Con i vaccini contro il coronavirus, l’mRNA trasportato dagli LNP istruisce le cellule a creare un pezzo innocuo della proteina spike del virus, che innesca una risposta immunitaria dal corpo. Come terapia per la compromissione della vista derivante dalla degenerazione retinica ereditaria, o IRD, l’mRNA istruirebbe le cellule dei fotorecettori – difettose a causa di una mutazione genetica – a produrre le proteine ​​necessarie per la vista.

L’IRD comprende un gruppo di disturbi di varia gravità e prevalenza che colpiscono una persona su poche migliaia in tutto il mondo.

Gli scienziati hanno dimostrato, in una ricerca che ha coinvolto topi e primati non umani, che gli LNP dotati di peptidi erano in grado di passare attraverso le barriere negli occhi e raggiungere la retina neurale, dove la luce viene trasformata in segnali elettrici che il cervello converte in immagini.

“Abbiamo identificato un nuovo set di peptidi che possono raggiungere la parte posteriore dell’occhio”, ha detto Sahay. “Abbiamo usato questi peptidi per agire come codici postali per consegnare nanoparticelle che trasportano materiali genetici all’indirizzo previsto all’interno dell’occhio”.

“I peptidi che abbiamo scoperto possono essere usati come ligandi mirati direttamente coniugati a RNA silenzianti, piccole molecole per terapie o come sonde di imaging”, ha aggiunto Herrera-Barrera.

Sahay e Ryals hanno ricevuto una sovvenzione di 3,2 milioni di dollari dal National Eye Institute per continuare a studiare la promessa delle nanoparticelle lipidiche nel trattamento della cecità ereditaria. Condurranno la ricerca sull’uso degli LNP per fornire uno strumento di editing genetico che potrebbe eliminare i geni cattivi nelle cellule dei fotorecettori e sostituirli con geni correttamente funzionanti.

La ricerca mira a sviluppare soluzioni per le limitazioni associate all’attuale principale mezzo di consegna per l’editing genetico: un tipo di virus noto come virus adeno-associato o AAV.

“L’AAV ha una capacità di confezionamento limitata rispetto agli LNP e può provocare una risposta del sistema immunitario”, ha affermato Sahay. “Inoltre, non funziona in modo fantastico nel continuare a esprimere gli enzimi che lo strumento di modifica utilizza come forbici molecolari per eseguire tagli nel DNA da modificare. Speriamo di utilizzare ciò che abbiamo appreso finora sugli LNP per sviluppare un sistema di consegna dell’editor di geni migliorato”.

Riferimento: “Le nanoparticelle lipidiche guidate da peptidi forniscono mRNA alla retina neurale di roditori e primati non umani” 11 gennaio 2023, I progressi della scienza.
DOI: 10.1126/sciadv.add4623

Lo studio LNP guidato dai peptidi è stato finanziato dal National Institutes of Health. Hanno partecipato alla ricerca per l’Oregon State anche i docenti del College of Pharmacy Oleh Taratula e Conroy Sun, i ricercatori post-dottorato Milan Gautam e Mohit Gupta, gli studenti di dottorato Antony Jozic e Madeleine Landry, l’assistente di ricerca Chris Acosta e lo studente universitario Nick Jacomino, uno studente di bioingegneria al College di Ingegneria che si è laureata nel 2020.

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L’enzima più prolifico al mondo che fissa la CO2 sta lentamente migliorando

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Una nuova ricerca condotta dall’Università di Oxford ha scoperto che il rubisco – l’enzima che alimenta tutta la vita sulla Terra – dopo tutto non è bloccato in un solco evolutivo. La più ampia analisi mai condotta sul rubisco ha scoperto che sta migliorando continuamente, solo molto, molto lentamente. Queste intuizioni potrebbero potenzialmente aprire nuove strade per rafforzare la sicurezza alimentare. I risultati sono stati pubblicati oggi in Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze [PNAS].

L’enzima più abbondante sulla Terra, il rubisco, ha fornito l’energia che alimenta la vita sul nostro pianeta negli ultimi tre miliardi di anni. Mentre rubisco fissa miliardi di tonnellate di CO2 ogni anno l’enzima è notoriamente inefficiente. Ciò ha creato un paradosso biologico che ha sconcertato i ricercatori per decenni. Perché l’enzima che alimenta la vita da oltre 3 miliardi di anni non è molto più bravo a svolgere il suo lavoro? Molti scienziati vegetali hanno discusso se l’enzima sia bloccato in una “strada evolutiva”, che gli rende impossibile migliorare.

Ma una nuova ricerca dell’Università di Oxford ha rivelato che il rubisco è in continuo miglioramento, ma che questo miglioramento avviene a un ritmo lentissimo.

L’autore principale Jacques Bouvier (uno studente DPhil del Dipartimento di Biologia dell’Università di Oxford) ha dichiarato: “La nostra ricerca dimostra per la prima volta che l’evoluzione migliora costantemente il rubisco e che è possibile un ulteriore miglioramento dell’enzima. È importante sottolineare che questa intuizione fornisce un rinnovato ottimismo per gli sforzi volti a progettare l’enzima per aiutare a nutrire il mondo”.

I ricercatori hanno analizzato le sequenze del gene rubisco provenienti da un’ampia gamma di organismi fotosintetici e hanno quantificato per la prima volta il tasso di evoluzione del rubisco. Hanno scoperto che la sua sequenza è stata alterata con incrementi minimi di un solo cambiamento di base del DNA ogni 900.000 anni – in netto contrasto con il genoma del COVID-19, ad esempio, che sta evolvendo un cambiamento di base ogni due settimane. Ciò colloca il rubisco nell’1% dei geni a evoluzione più lenta sulla Terra.

Nonostante questo lento tasso di cambiamento, i ricercatori hanno scoperto che l’enzima sta sfruttando questa evoluzione per migliorare la fissazione della CO2. Gli autori hanno anche scoperto che questo lento miglioramento della CO2 la fissazione si traduce in miglioramenti nella fotosintesi; le piante si stanno evolvendo per migliorare la trasformazione della CO2 nello zucchero, ma il tasso di miglioramento è così lento che sembra congelato.

Per decenni gli scienziati hanno aspirato a progettare un rubisco migliorato per aumentare la crescita e la resa delle piante coltivate. Ma nonostante i molti sforzi, il successo è stato limitato e molti si sono chiesti se rubisco sia già ottimizzato, rendendo inutili questi tentativi. Tuttavia, le intuizioni di questo studio offrono rinnovata speranza. In particolare, svelare il mistero di ciò che sta frenando il tasso di evoluzione del rubisco potrebbe scoprire nuovi modi per migliorare i raccolti.

Jacques Bouvier ha aggiunto: ‘Poiché il rubisco assimila gli zuccheri che alimentano la vita sulla Terra, il miglioramento di questo enzima è una delle strade più promettenti per contribuire a combattere l’insicurezza alimentare. C’è stato un acceso dibattito sulla possibilità di migliorare l’enzima; la nostra nuova ricerca fornisce una risposta chiara a questa domanda. Se l’evoluzione può migliorare il rubisco, possiamo farlo anche noi!’

L’autore senior, il professor Steven Kelly (Dipartimento di Biologia, Università di Oxford), ha dichiarato: “Abbiamo dimostrato che il rubisco non è congelato nel tempo ma si evolve continuamente per migliorare. Ora dobbiamo comprendere i fattori che frenano il rubisco per permetterci di realizzare il suo vero potenziale.’

Questa nuova intuizione offre incoraggiamento agli sforzi che mirano ad aumentare i raccolti di cibo, fibre e colture energetiche prendendo di mira l’ingegneria del rubisco. Migliorare il rubisco potrebbe essere fondamentale per sostenere i bisogni alimentari di una popolazione globale in crescita.



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