Döngüsel mRNA teknolojisi hücre fabrikalarında protein üretimini 6 kata çıkardı.
Seul Ulusal Üniversitesi araştırmacıları, bakteriler içinde doğrusal mRNA'yı halka çeviren CRESEnT teknolojisiyle protein üretimini 5,95 kata, mRNA seviyelerini 3,95 kata artırdı. Yöntem birden çok endüstriyel mikroorganizma ve değerli bileşiklerde de işe yaradı.
Seul Ulusal Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Kimyasal ve Biyolojik Mühendisliği Bölümü'nün Prof. Dr. Sang Woo Seo liderliğindeki ekip, bakteri hücreleri içinde doğrusal messenger RNA (mRNA) yani protein sentezinin şablonunu halka dönüştüren bir sentetik biyoloji teknolojisi geliştirdi.
Takım bu yönteme CRESEnT (Circular RNA Expression for Stable and Enhanced Translation) adını verdi. Bulgular, saygın bir dergi olan Nucleic Acids Research'ta yayımlandı.
mRNA, protein yapımının taslağıdır. Bakterilerde bu molekülün iki ucu açıktır; bu yüzden hücre içindeki RNA parçalayan enzimler (RNazlar) mRNA'yı dakikalar içinde yok eder. Doğada bu hızlı bozunma, organizmanın çevre değişimlerine çabuk uyum sağlamasını sağlar.
Ama kontrollü koşullarda sürekli ürün üreten "hücre fabrikalarında" mRNA'nın çabuk kaybolması verimi düşürür.
Bugüne kadar mühendisler, gen ifadesini artırmak için promotor ve ribozom bağlanma siteleri gibi başlangıç düzeyindeki elemanlarla oynadı. CRESEnT ise mRNA miktarını değil, şeklini değiştirerek soruna çözüm getiriyor.
Bu gelişme, biyoteknoloji endüstrisinin merkezi sorularından birine — "şablonu nasıl daha dayanıklı hale getiririz?" — somut bir cevap getiriyor. Nitekim mRNA'nın bozulmadan kaldığı sürenin uzatılması, verimi artırmada önemli bir etken olarak öne çıkmıştı.
CRESEnT hem basit hem de geniş kapsamlı bir platform sunuyor.
Nasıl çalışıyor?
Doğada kendi kendini kesip birleştirebilen "intron" adı verilen RNA parçaları vardır. Araştırmacılar bir intronun ön ve arka kısımlarını ters sırayla yeniden düzenleyerek, hedef genin mRNA'sının hücre içinde iki ucu birbirine bağlanıp halka oluşturacak şekilde tasarladılar.
Bu sayede ayrı enzim eklemeden veya deney tüpünde ek işlem yapmadan, canlı E. coli hücrelerinde mRNA döngüsel hâle getirildi.
Ekip verimliliği artırmak için iki tasarım kuralı belirledi. Birincisi, proteini kodlamayan UTR (untranslated region) bölgelerinin uzunluğu. Bu bölgeler çok uzunsa enzimlerin saldırı alanı genişler, çok kısaysa intron doğru katlanamaz.
Deneylerle her iki uç için optimum uzunluk bulundu. İkincisi, iki intron parçasının birbirine fermuar dişleri gibi oturmasını sağlayan kısa dizilerin eklenmesi. Bu "fermuar" mekanizması halka oluşturma verimini artırdı.
Sonuçlar ne diyor?
Optimize edilen CRESEnT sistemi, halka oluşumunun gerçekleşmediği kontrol grubuna kıyasla floresan protein üretimini **5,95 kat**, hücre içi mRNA seviyesini **3,95 kat** artırdı. mRNA başına düşen protein miktarı da **1,51 kat** yükseldi.
Transkripsiyon durdurulduğunda doğrusal mRNA hızla azalırken, döngüsel mRNA neredeyse azalmayan bir seviyede kaldı. Bu, protein artışının artan RNA kararlılığıyla ilişkili olduğunu doğruladı.
Yöntemin güçlü yanı çok yönlülüktür. Farklı güçte promotor ve ribozom bağlanma siteleri kombinasyonlarında da artış tutarlı kaldı; yani CRESEnT mevcut gen ifadesi kontrol araçlarıyla birlikte kullanılabiliyor.
Sistem, birden fazla floresan protein türünde ve yaklaşık **3,5 kb** büyüklüğünde bir genle de test edildi.
E. coli'nin yanı sıra **Bacillus subtilis** ve **Corynebacterium glutamicum**'da da aynı etki gözlendi. Bu, teknolojinin tek bir organizmaya mahkum olmayan, endüstriyel mikroorganizmalarla geniş çapta uygulanabilir bir platform olduğunu gösteriyor.
Seul Ulusal Üniversitesi araştırmacıları, bakteriler içinde doğrusal mRNA’yı halka çeviren CRESEnT teknolojisi sayesinde protein üretimini 5,95 kat, mRNA seviyelerini ise 3,95 kat artırdıklarını bildirdi. Bu yöntem, tek bir mikroorganizma türüne sınırlı kalmayıp, farklı endüstriyel mikroorganizmalar ve çeşitli değerli bileşiklerde de etkili oldu.
Araştırmacılar CRESEnT'i metabolik yollar üzerindeki enzim genlerinde kullanarak değerli bileşik üretimini test etti. Sonuçlar:
**Flaviolin** (doğal pigment): **2,74 kat** artış
**İtakonik asit** (biyoplastik hammaddesi): **1,52 kat** artış
**Likopen** (antioksidan): **1,60 kat** artış
**Violasin** (antimikrobiyal ve antikanser aktivitesi olan bileşik): **1,62 kat** artış
Yani etki sadece raportör (floresan) proteinlerde değil, endüstride değerli metabolitlerde de tekrarlanabiliyor. Halka oluşturma makinesi sabit kalırken, sisteme eklenen genler değiştirilerek farklı protein ve metabolitler üretilebiliyor.
Araştırmacılar bu teknolojinin gelecekte ilaçlar ve çevre dostu biyomalzemeler dahil yüksek değerli ürünler üreten hücre fabrikalarında kullanılabileceğini öngörüyor.
Bilim insanı ne diyor?
"Bu çalışma, gen ifadesini düzenlerken sadece transkripsiyon ve translasyon evrelerine odaklanan geleneksel bakış açısının ötesine geçiyor ve RNA'nın kendi yapısının değiştirildiği 'RNA topolojisi mühendisliği' adında yeni bir boyut tanıtıyor," dedi Prof. Dr. Sang Woo Seo. "Mevcut sentetik biyoloji araçlarıyla katmanlı kullanılabildiği için, teknoloji sadece mikrobiyal hücre fabrikalarının verimini artırmakla kalmayıp, canlı mikroorganizmaları kullanan terapötik geliştirme gibi alanlara da genişletilebilir."
Ortak birinci yazar Seongjun Park ve Dr. Giho Kim, RNA mühendisliği tabanlı biyoüretim platformları üzerine takip çalışmaları planlıyor. Park ve Kim ayrıca sentetik biyoloji tabanlı gen ifadesi kontrol teknolojileri ve mikrobiyal hücre fabrikalarının geliştirilmesi üzerine araştırmalar yürütüyor.
Bu haber işinize yaradı mı?
