Förutom att det krävs för några av kärnteknikerna inom molekylärbiologi, omvänt transkriptas (RT) enzymer har spelat en nyckelroll i syntetisk genetik genom att möjliggöra syntes, replikering, och utveckling av xenonukleinsyror (XNA). Dock, för de flesta XNA-kemier, inga RT-enzymer finns tillgängliga eller existerande enzymer har låg aktivitet. Philipp Holligers grupp, i LMB:s PNAC-division, har utvecklat en ny riktad evolutionsmetod för att förbättra RT-aktivitet för alla nukleinsyrakemi och upptäckt en ny grupp av optimala RT-enzymer.

XNA är genetiska polymerer som DNA eller RNA, men med ändrade sockerringar, baser, eller ryggraden. Trots dessa olika kemi, de kan fortfarande lagra och förmedla genetisk information och kan utföra enzymatiska funktioner ungefär som RNA-enzymer, även känd som ribozymer. De kan också fungera som aptamerer och binda till proteiner med hög specificitet och affinitet, precis som antikroppar gör. Dessa funktioner och de varierande egenskaperna som följer av deras olika kemi gör att XNA kan ha ett brett spektrum av tillämpningar inom bioteknik och medicin. Dock, generering av XNA-aptamerer och XNAzymer har begränsats av brist på högtrogna RT-enzymer.

Vad är omvänd transkription?

Det första steget i den så kallade centrala dogmen inom molekylärbiologi är transkriptionen av DNA för att producera RNA. RNA kan också omvänt transkriberas för att producera DNA och syntetiska RT-enzymer tillåter tillgång till XNA.

Genom att göra det möjligt för forskare att omvandla RNA till DNA, RT-enzymer gör det möjligt för forskare att lättare studera vilka gener som transkriberas inuti celler, och därför vilka gener är "på, " genom kärntekniker som RT-PCR och RNAseq. Vid sidan av tillämpningar inom forskning, denna kapacitet används också för medicinska tester, för att testa förekomsten av viralt RNA, inklusive i covid-19-tester.

För att komma till rätta med bristen på högtrogna RT-enzymer, Gillian Houlihan och andra från Philipps grupp utvecklade en ny riktad evolutionsteknik som ledde till upptäckten av en ny grupp av optimala RT-enzymer som kan avkoda genetisk information mer exakt och mer effektivt. Viktigt, denna nya metod är kompatibel med vilken nukleinsyrakemi som helst och deras upptäckt inkluderar nya RT-enzymer för XNA-kemi för vilka inget RT-enzym tidigare funnits. Bland de nya RT-enzymerna finns de första enzymerna som aktivt kan korrekturläsa under XNA omvänd transkription, förbättra noggrannheten.

High fidelity RNA RT-enzymer kommer att ha omedelbara tillämpningar inom forskning och bioteknik eftersom de kommer att ge förbättrad sekvenseringsnoggrannhet vid analys av cellulärt eller viralt RNA. Förbättrad XNA RT-aktivitet kommer sannolikt att hjälpa utvecklingen av nya XNA-aptamerer som kan vara användbara i diagnostik och terapi för ett brett spektrum av sjukdomar. Som ett specifikt exempel, detta arbete inkluderar det första RT-enzymet för XNA-kemin som används i anti-sense-oligoläkemedlet nusinersen som har FDA- och EMA-godkännande för behandling av spinal muskelatrofi. Upptäckten av detta RT-enzym öppnar upp möjligheten att kvantifiera nivån och halveringstiden för detta läkemedel hos patienter, som skulle kunna underlätta behandlingen.