Ett team av ingenjörer vid University of Delaware har utvecklat en metod för att använda CRISPR/Cas9-teknik för att starta en kaskad av aktiviteter i celler, ett fenomen som kallas villkorlig genreglering. Deras metod, beskrivs i journalen Naturens kemiska biologi , introducerar en ny funktionalitet till CRISPR, en av dagens mest omtalade teknologier.

Genredigering med CRISPR-teknologi har kallats "en av decenniets största vetenskapsberättelser" för dess tillämpningar inom medicin, jordbruk och mycket mer. CRISPR tillåter forskare att exakt rikta in och redigera DNA i levande celler, som skulle kunna hjälpa dem att rätta till anomalier som orsakar ärftliga sjukdomar. De första kliniska prövningarna på människor pågår i Kina.

Dock, tills nu, forskare hade inte kommit på hur de skulle programmera sina CRISPR-system för att rikta DNA samtidigt som de integrerade information från cellerna de studerade.

På UD, Wilfred Chen, Gore professor i kemiteknik, och doktorand Ka-Hei Siu designade strukturer – kallat toehold-gated gRNA (thgRNA) – för riktad genreglering i E. coli-bakterier.

Traditionellt, i CRISPR/Cas9 genomredigering, forskare använder en enkelsträngad bit ribonukleinsyra (RNA) för att vägleda Cas9-enzymet till den deoxiribonukleinsyra (DNA) de vill rikta in sig på. Istället, Chen och Siu installerade en hårnålsliknande struktur som blockerar en del av RNA:t från att känna igen DNA:t. Bara en liten del, kallas tåhållet, är exponerad och kan binda till annat RNA. Sen Chen, och Siu använde RNA inifrån cellen som en trigger för att öppna upp deras blockeringsmekanism, aktiverar Cas9-proteinet så att det sedan kunde binda och reglera DNA:t.

"Det viktigaste är att vi ville använda lite inbyggd mobilinformation, ", sa Chen. "Vi ville kunna använda detta inhemska cellulära svar som ett sätt att modulera CRISPR/Cas9-proteinfunktionerna och i grunden utveckla en kontrollerad mekanism så att vi kunde modulera cellulära funktioner därefter."

Denna teknik erbjuder en mångsidig, "plug and play"-design som kan användas för att inducera genredigering och reglering i en mängd olika system, säger Chen.

"Går vidare, tanken är att kunna använda, helst på papper, någon form av cellulärt budbärar-RNA som en aktiverings- eller deaktiveringsenhet, ", sa han. "Du kan föreställa dig att vi kan aktivera något baserat på om cellerna växer på glukos eller svälter efter fosfat eller utsätts för höga temperaturer eller låga pH-förhållanden."