En kemist som leder University of Cincinnatis forskningskontor spelar en roll i ett vetenskapligt åtagande för att låsa upp RNA:s hemligheter.

National Academies of Sciences, Engineering and Medicine har publicerat en rapport som lägger fram en ambitiös plan för att sekvensera de molekyler som spelar en avgörande roll för att dela genetisk information mellan celler.

Rapporten beskriver stegen för att skapa tekniken och samla de samlade vetenskapliga resurser som behövs för att lyckas inom de kommande 15 åren.

Projektet har liknats vid Human Genome Project, den massiva 13-åriga ansträngningen som slutfördes 2003 av forskare runt om i världen för att sekvensera mänskligt DNA. Men Patrick Limbach, UC:s vicepresident för forskning, sa att det finns en viktig skillnad – att sekvensera RNA är mycket, mycket svårare.

"Det är ett utmanande företag," sa Limbach.

Limbach sitter i National Academy of Sciences studiekommitté som beskrev projektets omfattning.

"The Human Genome Project fångade många människors fantasi för att förstå vilka vi är som människor," sa Limbach. "Men DNA förändras inte så mycket. RNA i jämförelse är dynamiskt. Det produceras och bryts ständigt ned. Och celler kan modifiera samma RNA på olika sätt, vilket ökar komplexiteten i biologiska system."

Limbach sa att att studera DNA är som att noggrant granska varje detalj i ett foto. Men att studera RNA är som att "försöka undersöka varje bildruta i en film medan den spelas upp. Det kräver en annan uppsättning tekniker."

Limbach är en Ohio Eminent Scholar och professor i kemi vid UC:s College of Arts and Sciences. I sitt labb har han använt verktyg som masspektrometri för att studera RNA. Han har två patent relaterade till hans arbete med RNA-analys. Hans labb citerades 30 gånger i den senaste rapporten från National Academies.

"För närvarande är mitt labb en del av ett multinationellt samarbetsprojekt som försöker hitta några av de bästa driftsprinciperna för att studera RNA-modifieringar", sa han.

Sekvensering av RNA i alla dess många former skulle kunna gynna folkhälsan på djupgående sätt.

Rapporten med titeln "Charting a Future for Sequencing RNA and its Modifications" förklarar hur RNA "redigeras" och revideras, vilket ger upphov till ibland tusentals distinkta RNA-molekyler för varje gen. Detta komplexa system är väsentligt för tillväxt och underhåll av celler. Men nedbrytningar av RNA kan också leda till ett brett spektrum av mänskliga sjukdomar, från cancer och hjärtsjukdomar till neurologiska och autoimmuna sjukdomar.

"Den grundläggande grundsatsen för molekylärbiologi är att DNA skapar RNA och RNA skapar de proteiner som våra celler behöver," sa Limbach. "Så om RNA har fel eller är felläst eller inte modifieras ordentligt, kan det göra fel protein, vilket leder till alla typer av sjukdomar i människors hälsa."

Rapporten beskriver hur projektet kan hjälpa till att förbättra diagnosen och behandlingen av sjukdomar och identifiera effektivare sätt att kontrollera skadliga patogener.

De flesta är redan bekanta med ett exempel på hur forskare utnyttjar kraften hos RNA i medicin. Både Pfizer- och Moderna-vaccinerna använder en typ av RNA som kallas mRNA för att skapa antikroppar mot COVID-19. UC ledde de kliniska prövningarna för Moderna-vaccinet 2020.

University of Pennsylvanias forskare Katalin Karikó och Drew Weissman tilldelades ett Nobelpris för sitt banbrytande arbete med RNA-modifiering som ledde till vaccinet.

"Hade de inte redan gjort det arbete de gjorde med RNA-modifiering, hade vi kanske fastnat med covid-vacciner som inte var alls lika effektiva," sa Limbach. "Vaccinerna gör vårt projekt mycket mer tillgängligt för allmänheten för att förstå varför forskare är intresserade av detta."

Vid UC:s Cancer Center använder forskare liknande teknik för att utveckla ett vaccin för att behandla cancer i bukspottkörteln, en dödlig sjukdom som drabbar mer än 66 000 människor varje år i USA. Tekniken ger nytt hopp till patienter som bekämpar en sjukdom som är dödlig i 95 % av fallen.

Men RNA:s mysterier rymmer otal andra möjligheter, från att förbättra skörden på grödor till att skapa mer effektiv förnybar energi. Och det har betydande konsekvenser för nationell säkerhet, sa Limbach.

Rapporten uppskattar att en förbättring av vår förståelse av RNA-modifieringar kan öka ekonomin med 4 biljoner dollar per år.

"Vad vi ännu inte har är tekniken som rapporten eftersträvar - förmågan att ta en enda molekyl av RNA och sekvensera den och alla modifieringar från ena änden till den andra," sa Limbach.

Det kommer att kräva en stor förhandsinvestering både i infrastruktur och expertis. Rapporten rekommenderar sätt att minska klyftan i verktyg och teknik och offentliga och privata investeringar för att påskynda innovation.

"Du måste ha talangpipeline. Framtida generationer kommer att vara de som löser dessa problem", sa han.

Detta relativt nya vetenskapsområde kräver också en mer rigorös uppsättning standarder för att förbereda prover, sekvensering, kartläggning och analys för att säkerställa reproducerbara resultat och tillgång till data.

"Om vi ​​följer färdplanen tror vi att det är genomförbart om 15 år," sa Limbach.

Mer information: Kartlägga en framtid för sekvensering av RNA och dess modifieringar, (2024)

Tillhandahålls av University of Cincinnati