L'ADN a un rôle important à jouer :il indique à vos cellules quelles protéines fabriquer. Maintenant, une équipe de recherche de l'Université du Delaware a développé une technologie pour programmer des brins d'ADN dans des commutateurs qui activent et désactivent les protéines.

Le groupe Wilfred Chen de l'UD décrit leurs résultats dans un article publié lundi, 12 mars dans le journal Chimie de la nature . Cette technologie pourrait conduire au développement de nouvelles thérapies contre le cancer et d'autres médicaments.

Calculer avec l'ADN

Ce projet exploite un domaine émergent connu sous le nom d'informatique ADN. Les données que nous envoyons et recevons couramment dans la vie quotidienne, tels que des messages texte et des photos, utiliser du code binaire, qui a deux composantes :des uns et des zéros. L'ADN est essentiellement un code à quatre composants, les nucléotides guanine, adénine, cytosine, et la thymine. Dans les cellules, l'arrangement de ces quatre nucléotides détermine la sortie, les protéines fabriquées par l'ADN. Ici, les scientifiques ont réutilisé le code ADN pour concevoir des circuits ADN logiques.

« Une fois le système conçu, nous devions d'abord aller dans le laboratoire et attacher ces brins d'ADN à diverses protéines que nous voulions pouvoir contrôler, " a déclaré l'auteur de l'étude Rebecca P. Chen, un doctorant en génie chimique et biomoléculaire (aucun lien avec Wilfred Chen). Les brins d'ADN conçus sur mesure ont été commandés auprès d'un fabricant tandis que les protéines étaient fabriquées et purifiées en laboratoire. Prochain, la protéine a été attachée à l'ADN pour faire des conjugués protéine-ADN.

Le groupe a ensuite testé les circuits d'ADN sur des bactéries E. coli et des cellules humaines. Les protéines cibles organisées, assemblé, et démontés conformément à leur conception.

"Des travaux antérieurs ont montré à quel point la nanotechnologie de l'ADN pourrait être puissante, et nous savons à quel point les protéines sont puissantes dans les cellules, ", a déclaré Rebecca P. Chen. "Nous avons réussi à relier ces deux-là."

Applications à l'administration de médicaments

L'équipe a également démontré que leurs dispositifs ADN-logiques pouvaient activer un promédicament anticancéreux non toxique, 5-fluorocytosine, dans sa forme chimiothérapeutique toxique, 5-fluorouracile. Les promédicaments anticancéreux sont inactifs jusqu'à ce qu'ils soient métabolisés en leur forme thérapeutique. Dans ce cas, les scientifiques ont conçu des circuits d'ADN qui contrôlaient l'activité d'une protéine responsable de la conversion du promédicament en sa forme active. Le circuit d'ADN et l'activité des protéines ont été activés par des entrées de séquence d'ARN/ADN spécifiques, tandis qu'en l'absence de ces entrées, le système restait « off ».

Pour faire ça, les scientifiques ont basé leurs entrées de séquences sur des microARN, petites molécules d'ARN qui régulent l'expression des gènes cellulaires. Le microARN dans les cellules cancéreuses contient des anomalies qui ne seraient pas trouvées dans les cellules saines. Par exemple, certains microARN sont présents dans les cellules cancéreuses mais absents dans les cellules saines. Le groupe a calculé comment les nucléotides doivent être disposés pour activer le promédicament anticancéreux en présence de microARN cancéreux, mais rester inactif et non toxique dans un environnement non cancéreux où les microARN sont manquants. Lorsque les microARN du cancer étaient présents et capables d'activer le circuit d'ADN, les cellules étaient incapables de se développer. Lorsque le circuit a été éteint, les cellules se sont développées normalement.

Cette technologie pourrait avoir de larges applications non seulement pour d'autres maladies que le cancer, mais aussi au-delà du domaine biomédical. Par exemple, l'équipe de recherche a démontré que leur technologie pouvait être appliquée à la production de biocarburants, en utilisant leur technologie pour guider une cascade enzymatique, une série de réactions chimiques, pour décomposer une fibre végétale.

En utilisant la technologie nouvellement développée, les chercheurs pourraient cibler n'importe quelle séquence d'ADN de leur choix et attacher et contrôler n'importe quelle protéine de leur choix. Un jour, les chercheurs pourraient "plug and play" l'ADN programmé dans une variété de cellules pour traiter une variété de maladies, a déclaré l'auteur de l'étude Wilfred Chen, Gore professeur de génie chimique.

"Ceci est basé sur un concept très simple, une combinaison logique, mais nous sommes les premiers à le faire fonctionner, " Il a dit. " Il peut résoudre un large éventail de problèmes, et cela le rend très intrigant."