Ny teknologi bruger s?lv til at f? RNA til at lyse op i levende celler
Denne artikel har v?ret bragt i 'Forskerne formidler' den 5. december 2024.
RNA-molekyler spiller en vigtig rolle i udviklingen af ??alvorlige sygdomme som kr?ft. De kan ogs? hj?lpe med at afsl?re, om en person har kr?ft, og hvordan sygdommen vil udvikle sig.
S? hvis vi vil vide, om en person har kr?ft, er det en god idé at se p? RNA-molekylernes adf?rd i celler.
I dag er vi n?dt til at isolere RNA fra cellen, hvis vi vil unders?ge det, hvilket g?r det umuligt at l?fte sl?ret for, hvordan RNA reelt fungerer i cellen.
Men hvordan kan vi se RNA arbejde uden at isolere det?
tt备用网址 viser, at svaret muligvis ligger i sm? klynger af s?lvpartikler, der er indkapslet i DNA-sensorer.
Vi har udviklet en teknologi, som g?r det muligt at f?lge RNA i realtid i cellen, og vise os det cellul?re maskineri, der er involveret i udviklingen af ??alvorlige sygdomme.
Men f?r jeg forklarer, hvordan den nye teknologi fungerer, skal vi f?rst have p? plads, hvorfor RNA har s? stor betydning.
MikroRNA p?virker udviklingen af sygdomme
Forestil dig, at du skal f?lge en meget lang og detaljeret opskrift. Opskriften er lidt forvirrende, s? du beder ChatGPT om at lave en kortere version, der kun giver dig de vigtigste instruktioner.
Ligesom ChatGPT sender RNA-molekyler de vigtigste instruktioner fra dit DNA til dine celler (DNA’et er i cellerne i forvejen), s? de kan lave proteiner, der kan udf?re de n?dvendige opgaver i kroppen.
Udover almindelig RNA, som er sammensat af hundredvis af sm? byggesten (nukleotider), findes der ogs? mikroRNA. De best?r af 20-25 nukleotider og spiller en anden rolle end RNA.
MikroRNA er afg?rende for regulering af vores gener og p?virker omkring to tredjedele af alle menneskelige gener.
Vi mister vigtig viden ved at isolere RNA
Det spiller ogs? en central rolle i reguleringen af ??forskellige biologiske processer, herunder udviklingen af ??sygdomme som kr?ft. For at g?re deres job rigtigt er mikroRNA-molekyler placeret i bestemte dele af cellen.
Mange RNA-molekyler (inklusiv mikroRNA) bliver produceret p? bestemte tidspunkter i l?bet af en celles liv, og m?ngden af RNA, der laves, kan ?ndre sig alt efter cellens behov.
RNA er ikke statisk i cellen; det bliver hele tiden dannet, bearbejdet, transporteret og nedbrudt.
Men n?r man isolerer RNA fra cellerne for at studere det (som vi g?r i dag), g?r meget af informationen om dets liv i cellen tabt.
Derfor er det vigtigt at spore disse mikroRNA-molekyler i cellerne uden at forstyrre selve cellerne.
DNA og s?lv kan f? RNA til at lyse op
Som bioteknologer har vores forskerteam kombineret vores viden om DNA’s biologi med viden om kemien bag fluorescerende nanomaterialer for at skabe en ny metode til at visualisere RNA-molekyler.
Vores innovative teknologi udnytter, hvordan DNA og nanomaterialer kan interagere, ved at bruge ‘kyssende DNA-strukturer’ dannet af nanoklynger af s?lv.
’Kyssende DNA’ er en betegnelse for en s?rlig struktur, der opst?r, n?r s?lv-nanoklynger binder sig mellem DNA-molekyler.
N?r nanoklynger af s?lv er mindre end to nanometer, har de fluorescerende egenskaber, alts? de lyser op.
Vi har bygget et DNA-stillads
Det g?r det muligt at studere m?ngden af mikroRNA i cellen (hvor DNA’et ogs? er), og hvor mikroRNA’et er placeret i cellen i realtid.
For at f? den rigtige st?rrelse og forhindre s?lv-nanoklyngerne i at vokse sig st?rre end to nanometer, skal man bruge et ‘stillads’. Til dette bruger vi DNA.
N?r to specialdesignede DNA-strenge kommer t?t p? hinanden og danner en slags ‘kyssende’ vekselvirkning, skaber de en stabil struktur, hvor s?lv-nanoklynger kan binde sig til dem.
DNA og s?lv er blevet sat sammen af forskere f?r, men det specialdesignede DNA-‘stillads’ er nyt og giver os mulighed for at visualisere RNA direkte i cellen uden at isolere det.
DNA-strukturer der kysser med halen
I denne teknologi udnytter vi de s?rlige kyssende DNA-strukturer til at opdage mikroRNA.
Normalt opf?rer DNA-strenge sig som en slags lynl?s, hvor de kl?ber sammen.
Her designer vi sj?ldne DNA-strukturer, som kun findes i naturen af og til og i meget korte perioder.
De kaldes ‘Hoogsteen-baseparrede trestrengede DNA’er’, og som du m?ske kan g?tte ud fra navnet, er der ikke kun to, men tre DNA-strenge i en s?dan struktur.
N?r trestrengede DNA-strukturer bruges som stillads for nanoklyngerne af s?lv, danner de en kyssende-DNA-struktur, der skaber lysende r?d fluorescens.
Kyssende DNA-strukturer kan hj?lpe os med at se mikroRNA
I vores fors?g har vi set, at vi forstyrrer dannelsen af ??kyssende DNA-strukturer, n?r vi tilf?jer en hale til den trestrengede DNA-struktur.
Forestil dig denne hale som et ekstra stykke eller forl?ngelse for enden af ??vores trestrengede DNA, der kan genkende mikroRNA.
N?r halen er travlt optaget af mikroRNA’et, forstyrrer den ikke den kyssende DNA-struktur. Det er denne opdagelse, som giver mulighed for at spore biologiske tegn p? sygdomme i mikroRNA’et.
Vi kan udvikle s?lv-nanoklyngerne til at udsende en pulserende r?d fluorescens, n?r et mikroRNA binder til DNA-halen, hvilket skaber et synligt signal, der indikerer, om et specifikt mikroRNA, som vi forbinder med sygdom, er til stede.
Hvorfor skal vi vide, hvor ??mikroRNA er i cellerne?
Forskning har vist, at mikroRNA blandt andet findes i mitokondrier (den del af cellen, der producerer energi), og muligvis spiller en rolle i hjerte-kar-sygdomme, Alzheimers og diabetes.
S? for at udnytte det fulde diagnostiske potentiale ved mikroRNA er det afg?rende, at vi kan spore deres placering i cellerne.
Men siden mikroRNA f?rste gang blev opdaget, er der blevet lavet f? unders?gelser af molekylernes placering i celler, prim?rt p? grund af tekniske udfordringer som deres lille st?rrelse.
Det er stadig uvist, om og hvordan ??mikroRNA’ets placering i forskellige dele af cellen ?ndrer sig under henholdsvis sunde og syge forhold.
Vores nye teknologi kan v?re en l?sning p? den udfordring, og kan muligg?re unders?gelser, hvor vi ikke skal ?del?gge cellerne for at isolere mikroRNA’et.
Det, vi stadig skal blive klogere p?
Der findes over 2500 typer af mikroRNA-molekyler i menneskekroppen, men vi har endnu ikke identificeret det mest p?lidelige mikroRNA eller s?t af mikroRNA, der kan genskabes og bruges til diagnostik.
For sygdomme som kr?ft og sygdomme i hjernen, for eksempel Alzheimers, finder man allerede mikroRNA-biomark?rer, der kan hj?lpe med at opdage sygdommen tidligt, dog med den gamle metode hvor man tr?kker RNA ud af cellen og mister meget information.
Det skyldes b?de biologiske og teknologiske problemer.
P? teknologisiden kr?ver de nuv?rende metoder til at opdage isoleret mikroRNA’s mange trin, komplekse processer og dyre materialer.
Vores kysse-DNA-strukturer kan dog registrere mikroRNA’et direkte i cellerne, og vi ser frem til at bruge denne viden til at forbedre p?visningen af isoleret mikroRNA og muligg?re tidlig diagnose.
En hurtigere og billigere metode
Styrken ved vores teknologi er dens enkelhed. Sammenlignet med de nuv?rende metoder fjerner vores teknologi behovet for avanceret udstyr, dyre materialer og komplicerede processer med flere trin.
Desuden kan metoden ogs? bruges til andre ting.
Det tager flere timer at bruge teknologien til at opdage mikroRNA direkte i levende celler, men det tager kun 30 minutter at identificere isoleret mikroRNA.
Ved f?rst at bruge teknologien til at f?lge RNA-molekylernes liv direkte i levende celler, kan vi blive klogere p? mikroRNA’ets biologi og hvilke af dem, der kan v?re p?lidelige biomark?rer for sygdomme.
Den viden kan efterf?lgende bruges, n?r vi bruger teknologien p? isoleret mikroRNA fra menneskelig v?v, og forh?bentligt diagnosticere alvorlige sygdomme tidligere.
tt备用网址 nu for DNA s?lvnanoklynger?
Kombinationen af DNA og s?lv kan alts? potentielt forbedre vores forst?else af menneskets biologi og ikke mindst vores udvikling af alvorlige sygdomme.
Endnu vigtigere har vi vist, at vi kan ?ndre, hvordan s?lvnanoklynger lyser, alt efter hvordan DNA er opbygget.
Det giver os nye muligheder for at bruge DNA til at finde flere forskellige biomark?rer i celler, udover RNA.
Det kan eksempelvis v?re, at vi kunne f? reaktive oxygenarter (ROS) til at lyse op i cellerne. ROS er molekyler, der kan for?rsage betydelig skade p? celler og v?v.
I forbindelse med sygdomme kan et overskud af ROS f?re til oxidativt stress, hvilket kan v?re et tegn p? tilstande som kr?ft, diabetes og hjernesygdomme.
Derfor arbejder vi ogs? p? at udvikle teknologien, s? den kan bruges til at f? ?je p? andre signaler i cellerne p?, at der er sygdom undervejs.