Roma – Scoperto il meccanismo della ricombinasi a ponte, uno strumento preciso e potente per ricombinare e riorganizzare il DNA in modo programmabile. La scoperta di un gruppo di ricercatori dell’Arc Institute, riportata su Nature, compie un balzo in avanti per l’ingegneria genetica. Lo studio descrive prima ricombinasi del DNA che utilizza un RNA non codificante per la selezione sequenza-specifica delle molecole di DNA bersaglio e donatore. Questo RNA ponte è programmabile e consente all’utente di specificare qualsiasi sequenza genomica target desiderata e qualsiasi molecola di DNA donatore da inserire. “Il sistema dell’RNA ponte è un meccanismo fondamentalmente nuovo per la programmazione biologica”, ha dichiarato Hsu, autore senior dello studio e Core Investigator dell’Arc Institute e Assistant Professor di Bioingegneria della UC Berkeley.
Un team di ricercatori dell’Arc Institute ha scoperto il meccanismo del ponte ricombinasi, uno strumento preciso e potente per ricombinare e riorganizzare il DNA in modo programmabile. Andando ben oltre le forbici genetiche programmabili come CRISPR, il meccanismo della ricombinasi a ponte consente agli scienziati di specificare non solo il DNA bersaglio da modificare, ma anche il materiale donatore da riconoscere, in modo da poter inserire nuovo materiale genetico funzionale, eliminare il DNA difettoso, o invertire due sequenze di interesse. Scopri di più in questo breve video che visualizza gli aspetti chiave del meccanismo di ricombinazione del ponte. Video creato da Visual Science.
CREDITO: Visual Science
“La ricombinazione a ponte può modificare universalmente il materiale genetico attraverso l’inserimento, l’escissione, l’inversione e altro ancora, consentendo un word processor per il genoma vivente al di là di CRISPR”, ha continuato Hsu. Il sistema di ricombinazione a ponte deriva dagli elementi della sequenza di inserzione 110 (IS110), uno degli innumerevoli tipi di elementi trasponibili, o “geni saltatori”, che si tagliano e incollano per spostarsi all’interno e tra i genomi microbici. Gli elementi trasponibili sono presenti in tutte le forme di vita e si sono evoluti in macchine professionali per la manipolazione del DNA al fine di sopravvivere. Gli elementi IS110 sono molto minimali, costituiti solo da un gene che codifica l’enzima ricombinasi e da segmenti di DNA affiancati che finora sono rimasti un mistero. Il laboratorio di Hsu ha scoperto che, quando l’elemento IS110 si estrae da un genoma, le estremità del DNA non codificante si uniscono per produrre una molecola di RNA, nota come l’RNA ponte, che si ripiega in due anse. Un’ansa si lega all’elemento IS110 stesso, mentre l’altra ansa si lega al DNA bersaglio in cui l’elemento verrà inserito. L’RNA ponte è il primo esempio di molecola guida bispecifica, che espleta la sequenza del DNA bersaglio e del DNA donatore attraverso interazioni di appaiamento delle basi. Ogni anello dell’RNA ponte è programmabile in modo indipendente, consentendo ai ricercatori di combinare qualsiasi sequenza di DNA bersaglio e donatore di interesse. Ciò significa che il sistema può andare ben oltre il suo ruolo naturale di inserimento dell’elemento IS110, consentendo invece l’inserimento di qualsiasi carico genetico desiderabile, come una copia funzionale di un gene difettoso che causa una malattia, in qualsiasi posizione genomica. In questo lavoro, il gruppo di ricerca ha dimostrato un’efficienza di inserimento di oltre il 60% di un gene desiderato in E. coli con una specificità di oltre il 94% per la posizione genomica corretta. “Questi RNA ponte programmabili distinguono l’IS110 dalle altre ricombinasi conosciute, che mancano di una componente RNA e non possono essere programmate”, ha detto Nick Perry, studente laureato in bioingegneria alla UC Berkeley. “È come se l’RNA ponte fosse un adattatore universale che rende l’IS110 compatibile con qualsiasi presa di corrente”, ha aggiunto Perry. La scoperta del laboratorio di Hsu è stata svolta in collaborazione con il laboratorio di Hiroshi Nishimasu, dell’Università di Tokyo, anch’essa pubblicata oggi su Nature. Il laboratorio di Nishimasu ha utilizzato la microscopia crioelettronica per determinare le strutture molecolari del complesso RNA ricombinasi-ponte legato al DNA bersaglio e donatore, procedendo in sequenza attraverso le fasi chiave del processo di ricombinazione. Con ulteriori esplorazioni e sviluppi, il meccanismo del ponte promette di inaugurare una terza generazione di sistemi guidati dall’RNA, andando oltre il meccanismo di taglio del DNA e dell’RNA. (30Science.com)
