DNA har ett viktigt jobb - det berättar för dina celler vilka proteiner de ska göra. Nu, ett forskargrupp vid University of Delaware har utvecklat teknik för att programmera DNA -delar till switchar som slår på och av proteiner.

UD:s Wilfred Chen Group beskriver sina resultat i en artikel publicerad på måndag, 12 mars i tidningen Naturkemi . Denna teknik kan leda till utveckling av nya cancerterapier och andra läkemedel.

Datorberäkning med DNA

Detta projekt hamnar i ett framväxande område som kallas DNA -beräkning. Data vi vanligtvis skickar och tar emot i vardagen, som textmeddelanden och foton, använda binär kod, som har två komponenter - en och nollor. DNA är i huvudsak en kod med fyra komponenter, nukleotiderna guanin, adenin, cytosin, och tymin. I celler, arrangemanget av dessa fyra nukleotider bestämmer produktionen - proteinerna som DNA:t producerar. Här, forskare har återanvänt DNA-koden för att designa logiskt grindade DNA-kretsar.

"När vi väl hade utformat systemet, vi var tvungna att först gå in på labbet och fästa dessa DNA -strängar till olika proteiner som vi ville kunna kontrollera, "sa studieförfattaren Rebecca P. Chen, en doktorand i kemisk och biomolekylär teknik (ingen relation till Wilfred Chen). De anpassade sekvensdesignade DNA -strängarna beställdes från en tillverkare medan proteinerna tillverkades och renades i laboratoriet. Nästa, proteinet fästes till DNA:t för att göra protein-DNA-konjugat.

Gruppen testade sedan DNA -kretsarna på E. coli -bakterier och mänskliga celler. Målproteinerna organiserade, monterad, och demonteras i enlighet med deras design.

"Tidigare arbete har visat hur kraftfull DNA -nanoteknik eventuellt kan vara, och vi vet hur kraftfulla proteiner finns i celler, "sa Rebecca P. Chen." Vi lyckades knyta ihop dessa två. "

Ansökningar om läkemedelsleverans

Teamet visade också att deras DNA-logiska enheter kan aktivera ett giftfritt cancerprodrug, 5-fluorocytosin, i sin giftiga kemoterapeutiska form, 5-fluorouracil. Cancerförläkemedel är inaktiva tills de metaboliseras till sin terapeutiska form. I detta fall, forskarna utformade DNA -kretsar som styrde aktiviteten hos ett protein som var ansvarigt för omvandlingen av förläkemedlet till dess aktiva form. DNA -kretsen och proteinaktiviteten slogs på "av specifika RNA/DNA -sekvensinmatningar, medan i avsaknad av nämnda ingångar förblev systemet "avstängt".

Att göra detta, forskarna baserade sina sekvensinmatningar på mikroRNA, små RNA -molekyler som reglerar cellulärt genuttryck. MicroRNA i cancerceller innehåller avvikelser som inte finns i friska celler. Till exempel, vissa mikroRNA finns i cancerceller men saknas i friska celler. Gruppen beräknade hur nukleotider ska ordnas för att aktivera cancerprodrogen i närvaro av cancer -mikroRNA, men förbli inaktiv och giftfri i en icke-cancerös miljö där mikroRNA saknas. När cancermikroRNA var närvarande och kunde slå på DNA -kretsen, celler kunde inte växa. När kretsen stängdes av, celler växte normalt.

Denna teknik kan ha bred tillämpning, inte bara för andra sjukdomar förutom cancer, men också bortom det biomedicinska området. Till exempel, forskargruppen visade att deras teknik kan tillämpas på produktion av biobränslen, genom att använda deras teknik för att styra en enzymatisk kaskad, en rad kemiska reaktioner, att bryta ner en växtfiber.

Med hjälp av den nyutvecklade tekniken, forskare kan rikta in sig på valfri DNA -sekvens och fästa och kontrollera vilket protein de vill. Någon dag, forskare kan "plugga och spela" programmerat DNA i en mängd olika celler för att hantera en mängd olika sjukdomar, sa studieförfattaren Wilfred Chen, Gore professor i kemiteknik.

"Detta är baserat på ett mycket enkelt koncept, en logisk kombination, men vi är de första som får det att fungera, "sa han." Det kan ta itu med ett stort antal problem, och det gör det väldigt spännande. "