Om forskare kunde reglera genuttryck exakt, de kan stänga av de gener som är ansvariga för sjukdomar och sätta på de som förbättrar hälsan och immunförsvaret.

"Det är därför det är så grundläggande att kontrollera genuttryck, " sa Northwestern Universitys Julius Lucks. "När du väl har fått ett bra grepp om det, Du kan göra vad som helst."

För Lucks, att ha ett "bra" grepp om genuttryck kan vara en underdrift. Han och hans team har utvecklat ett kraftfullt och mångsidigt verktyg som uppnår genaktivering tusentals gånger bättre än naturen.

"Allt vi gjorde var att göra en RNA-switch som sätter på en gen, sa Lucks, en docent i kemisk och biologisk teknik vid Northwesterns McCormick School of Engineering. "Men det som verkligen gör det fantastiskt är att det verkligen är verkligen, riktigt bra."

Stöds av National Science Foundation, Defence Advanced Research Projects Agency, och Searle -fonderna vid Chicago Community Trust, forskningen publicerades online den 19 oktober i tidskriften Naturkommunikation . James Chappell, en postdoktor i Lucks laboratorium och nu biträdande professor vid Rice University, fungerade som tidningens första författare.

Med hjälp av en beräkningsdesignstrategi, Lucks skapade omkopplaren genom att molekylärt programmera en RNA -molekyl som kallas Small Transcription Activating RNA, eller STAR som hans grupp tidigare hade upptäckt. Han använder sedan en algoritm – utvecklad av Northwestern-alumnen Joe Zadeh ('03) – för att optimera STAR för specifika tillämpningar. Ett externt företag använder algoritmens resultat för att konstruera en fysisk bit av RNA, som Lucks sedan använder i experiment.

Lucks liknar STARs med en ljusströmbrytare.

"För att något ska hända inom biologi, "ljuset" måste tändas, sa Lucks, en medlem av Northwesterns Center for Synthetic Biology. "Vi är alltid intresserade av att slå på saker, så vi hittade ett sätt att konstruera några riktigt bra ljusomkopplare. "

Fortsätter analogin, RNA-omkopplarna som finns i naturen kan inte slå på eller stänga av "ljusen" helt. Ofta är rummet genomgående mörkt istället för helt mörkt eller briljant ljust. Men forskare har velat ha en hårdare kontroll av systemet. Lucks' STAR kan tända ljuset—eller aktivera en gen—9, 000 gånger ljusare än utan STAR närvarande, tillhandahåller det helt mörka eller ljusa rum som forskarna har saknat.

"Om du studerar ett system för att utforska vad en gen gör, du vill veta vad den gör när den är helt på eller av, " Lucks förklarar. "Inte när genen är där eller halvvägs där. Det är mycket svårare att reda ut det."

Det gäller särskilt för diagnostiska tillämpningar, som Lucks planerar att fortsätta med sitt nya verktyg. Eftersom RNA utmärker sig när det gäller att detektera andra RNA-strängar, STAR kan vara användbara för att diagnostisera RNA-virus. Att göra detta, Lucks strömbrytare kan vara konstruerad för att slås på i närvaro av ett av dessa virus.

"Du måste ha super tät kontroll för att uppnå detta, " Sa Lucks. "Du vill inte ha en halvvägssignal för då kommer du att få falska positiva resultat. Du behöver en tydlig signal."

Diagnostik, dock, är bara en sak som forskare kan åstadkomma med STAR. Lucks är också intresserade av att använda dem för metabolism, reglerar RNA-nätverk, och mer.

"Detta är en möjliggörande teknik, och vi har samarbeten som börjar direkt, "Lucks sa." Helt plötsligt, alla dessa olika saker är möjliga. Och det är bara fantastiskt."