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(Noticias de Nanowerk) El desarrollo de herramientas para controlar con precisión los procesos biológicos ha sido uno de los principales pilares del ya maduro campo de la biología sintética. Estas herramientas científicas toman prestados principios de una variedad de campos de investigación que, cuando se combinan, permiten aplicaciones únicas que son potencialmente transformadoras para la sociedad moderna.
La traducción de las innovaciones modernas en nanotecnología de ARN al contexto biológico tiene un enorme potencial debido a la compatibilidad con el plegamiento y la expresión en las células, pero también presenta desafíos únicos, como las estrictas limitaciones de rendimiento y la inestabilidad inherente de las moléculas de ARN.
Sin embargo, un nuevo enfoque de diseño de ARN estructural desarrollado en el laboratorio de Andersen, denominado «origami de ARN», está intentando abordar esto. Este enfoque intenta crear dispositivos complejos basados en ARN artificial que sean estables en las células, interactúen con otras biomoléculas, incluidos otros ARN y proteínas, y permitan aplicaciones únicas, particularmente en el contexto de la regulación génica.
Demostrado por dos enfoques distintos publicados recientemente, el origami de ARN se presenta como una plataforma de diseño de ARN sofisticada que, cuando se aplica en el contexto celular, genera moléculas únicas para la regulación basada en la biología sintética.
![Modelo molecular que muestra dCas9 unido a un ARN guía](https://www.nanowerk.com/news2/biotech/id61590_1.jpg)
Las esponjas de ARN regulan la producción de enzimas en bacterias
En el primer acercamiento (Biología Sintética ACS«Synthetic Translational Regulation by Protein-Binding RNA Origami Scaffolds»), el origami de ARN se usó para lograr un control preciso de los niveles de producción de proteína cuando se expresa en bacterias.
Se crearon casetes de expresión de proteínas autoinhibitorias modificando un sitio de unión fuerte para la proteína expresada en su propio gen. Posteriormente, el origami de ARN decorado con los mismos sitios de unión a proteínas se expresó en un alto exceso. De esta manera, el origami de ARN sirve como una esponja proteica, secuestrando proteínas en la célula y permitiendo la expresión de la proteína autoinhibida.
Se ha demostrado que este concepto general permite la regulación de múltiples proteínas simultáneamente y activa vías enzimáticas para mejorar el rendimiento de los productos.
![Un mRNA con operadores es inhibido por las proteínas que expresan](https://www.nanowerk.com/news2/biotech/id61590_2.jpg)
Reguladores basados en CRISPR para fábricas de levaduras químicas
En el segundo enfoque (Investigación de ácidos nucleicos«Utilizando andamios de origami de ARN en Saccharomyces cerevisiae para el control de transcripción mediado por dCas9»), el origami de ARN se combinó con CRISPR, una de las técnicas modernas de biología molecular más populares, para regular la expresión génica en la levadura.
Los origamis de ARN se integraron en los pequeños ARN que dirigen CRISPR-Cas9 para apuntar a secuencias específicas en el genoma de ADN. Los andamios de origami de ARN se decoraron con sitios de unión a proteínas capaces de reclutar factores de transcripción. Al dirigir los andamios de ARN a las regiones promotoras, los factores de transcripción activaron la expresión génica.
![CRISPR-dCas9 actúa como el regulador maestro de sgRNA](https://www.nanowerk.com/news2/biotech/id61590_3.jpg)
Se demostró que los niveles de expresión se pueden ajustar mediante la orientación del andamio y la cantidad de factores de transcripción reclutados.
Finalmente, se demostró que las vías multienzimáticas pueden controlarse para la producción de alto rendimiento del fármaco contra el cáncer violaceína.
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