Naši znanstveniki razvili sistem za hitrejše odzivanje celic

Kemijski inštitut se letos zagotovo lahko pohvali z uspešnim delom. Kot je povedal znanstvenik Roman Jerala, vodja oddelka za sintezno biologijo na Kemijskem inštitutu, so v nekaj tednih objavili še tretji članek v prestižni znanstveni reviji Nature. »Kaj takega nam najbrž ne bo uspelo nikoli več, kajti to, da so se objave, ki so rezultat večletnih raziskav, časovno ujele, je bolj naključje,« je povedal.

V reviji Nature Chemical Biology so objavili članek, v katerem poročajo o novem izumu, s katerim so izboljšali hitrost odziva na signale iz okolja z nekaj ur, kar zmorejo sedanji sistemi, na le nekaj minut.

Kontrola nadzorovanja odziva celic je zelo pomembna za celično terapijo, ker izboljšuje učinkovitost in varnost. Sintezna biologija obravnava celice kot naprave ali računalnike, ki jih lahko poljubno programiramo. Kljub vsem napredkom, ki so omogočili natančno nadzorovane odzive na biološke in kemijske signale, je eden temeljnih izzivov sintezne biologije do pred kratkim predstavljala hitrost procesiranja informacij v celicah.

Jerala je poudaril, da je znanstvenikom že uspelo v celice vnesti različne načine kontrole, a pomembna je bila počasnost odziva človeških celic, ki je trajal od nekaj ur naprej, kar je lahko problematično. Za primer je navedel odziv celic na glukozo v krvi ali pri strjevanju krvi, kjer je več ur lahko usodno.

»Običajne metode genskega programiranja temeljijo na spremembah izražanja genov,« je povedala Tina Fink, doktorska študentka in prva avtorica objave. »To pomeni, da vsaka sprememba v okolju najprej privede do spremembe v prepisovanju genov iz DNK v RNK, RNK se mora nato prevesti v aktivne proteine, kar lahko traja nekaj ur. Naš sistem pa temelji na spremembah v delovanju proteinov, ki so že prisotni v celici, s čimer se izognemo dolgotrajnejšim procesom prepisovanja in prevajanja genov.«

»Naša skupina je uporabila proteaze (proteine, ki cepijo druge proteine na točno določenih mestih) in jih kombinirala z obvitimi vijačnicami, ki delujejo kot nekakšne zadrge in omogočajo nadzorovano združevanje proteinov. Proteaze smo spremenili tako, da postanejo aktivne samo ob dodatku kemijskega signala ali svetlobe. Delovanje proteaz povzroči cepitev tarčnih proteinov in njihovo preureditev, rezultat procesiranja informacije v celicah pa lahko zaznamo v obliki svetlobe. Aktivnost proteinov poljubno vklapljamo ali izklapljamo,« je pojasnil Jerala. Čeprav so odzive v vseh poskusih izmerili prek sproščene svetlobe, je končni cilj teh poskusov uravnavanje sproščanja proteinov, ki bi lahko bili medicinsko pomembni, kot na primer insulin ali proteini, ki sodelujejo pri obrambi pred okužbami ali strjevanju krvi.

Ideja za raziskavo se je porodila za slovenski projekt iGEM 2016, kjer je ekipa osvojila prvo mesto med projekti v kategoriji starejših ekip na področju temeljnega napredka.