دو بار اندازه گیری کنید ، یک بار برش دهید: چگونه “قیچی” مولکولی می تواند تحقیقات پیشگامانه دیگری را انجام دهد

پدربزرگ من نجار بود ، بنابراین در حال بزرگ شدن ، من اغلب این حرف را می شنیدم: “حتماً دو بار اندازه گیری کنید ، بنابراین شما فقط باید یک بار برش دهید.” این گفته همچنین به خیاط ها نسبت داده می شود – شما باید قبل از برش پارچه ، اطمینان حاصل کنید که اندازه گیری های شما صحیح است.

من می دانستم که سالها بعد این گفته معنای جدیدی خواهد داشت ، زیرا من نوع دیگری از قیچی را که از ماده ژنتیکی ریبونوکلئیک اسید (RNA) ساخته شده است ، که بر نحوه عملکرد ژن ما تأثیر می گذارد ، مورد بررسی قرار می دهد.

RNA گاهی اوقات “پیام رسان” خوانده می شود زیرا چگونه ژن های DNA ما را تنظیم می کند خودشان را بیان کنیدبشر بخشی از تحقیقات من شامل مطالعه نوعی قیچی است که RNA را به دو قطعه کاهش می دهد. این قیچی RNA ریبوزیم های خود را بریزند.

این قیچی RNA نقش مهمی در بیان ژن در تمام جنبه های زندگی – از ویروس های ساده گرفته تا ژنهای پیچیده در مغز انسان – دارند و پیامدهای گسترده ای برای درک و درمان عفونت و بیماری دارند.

ریبوزیم های خودکشی به طور طبیعی در ویروس ها و بسیاری از شکل های زندگی رخ می دهد. اما محققان آموخته اند که ما می توانیم آنها را برای کمک به واکسن های RNA ، درمان های پزشکی یا حتی مکمل هایی که ممکن است انجام دهید ، مانند پروبیوتیک ها ، به آنها کمک کنیم. به این مهندسی سلولی گفته می شود ، همان کاری است که من در NIST انجام می دهم. ریبوزیم های خود پاک کننده برای تولید ضروری هستند عناصر RNA من برای برنامه ریزی سلول ها استفاده می کنمبشر

محققان باید اطمینان حاصل کنند که ریبوزیم ها در صورت نیاز برای استفاده مورد نظر خود کار می کنند. این می تواند هنگامی که ریبوزیم های خود را بر روی مناطقی که تکامل نمی یابند ، مانند باکتری های مهندسی برای تولید سوخت های زیستی یا تغییر بیان ژن برای درمان سرطان استفاده کنیم ، مشکل باشد. ما برای موفقیت در این تحقیق به اندازه گیری دقیق ریبوزیم ها در این زمینه ها نیاز داریم.

با بازگشت به موازی با نجاری ، می توانیم به عنوان پاهای مختلف روی یک میز ، به زمینه های مختلف برای یک ریبوزیم فکر کنیم. اگر نتوانیم هر پا را به طور دقیق اندازه گیری کنیم ، در نهایت یک میز Wobbly خواهیم ساخت. به طور مشابه ، اگر می خواهیم از یک دنباله ریبوزیم که در یک باکتری به عنوان بخشی از درمانی RNA برای انسان مشخص شده است ، استفاده کنیم ، باید بتوانیم به طور دقیق اندازه گیری کنیم که چگونه ریبوزیم در زمینه درمانی جدید کاهش می یابد.

اندازه گیری دقیق قیچی RNA

نجاران و خیاط ها از اندازه گیری های طول استاندارد استفاده می کنند و روش هایی را برای کالیبراسیون سازهای خود برای صحت ایجاد کرده اند. اما اندازه گیری های کالیبراسیون در سطح مولکولی به همان اندازه ساده نیست ، به ویژه در هنگام تلاش برای بررسی نحوه رفتار این مولکول ها در سلولهای زنده ، مانند باکتری هایی که من با آنها کار می کنم.

به طور مستقیم اندازه گیری میزان برش ریبوزیم در یک سلول چالش برانگیز است ، بنابراین اغلب محققان RNA را از سلول خارج می کنند و از این RNA استخراج شده برای اندازه گیری های خود استفاده می کنند. اما این دستکاری های اضافی پتانسیل تأثیرگذاری بر نتیجه اندازه گیری نهایی را دارند.

بیشتر ریبوزیم ها در داخل سلول ها تولید می شوند ، اما برخی از آنها در خارج از سلول تولید می شوند. اگر این ریبوزیم ها در خارج از سلول تولید شوند ، ما آن را “در شرایط آزمایشگاهی” می نامیم.

بنابراین ، در آزمایشگاه من ، قبل از تلاش برای استخراج RNA از سلول ها برای انجام اندازه گیری ، ابتدا آزمایش کردیم که چگونه ریبوزیم های آزمایشگاهی می توانند از طریق تمام دستکاری های نمونه مورد نیاز برای استخراج تغییر کنند. برای انجام این کار ، ریبوزیم ها را از سایر کارهای تحت رهبری NIST که ما به سختی می دانستیم که در شرایط آزمایشگاهی قطع شده است. ما تقلید کردیم که این ریبوزیم ها را از طریق تمام دستکاری های نمونه ای که از آنها استفاده می کنیم برای اندازه گیری استفاده کردیم.

سپس اندازه گیری های خود را دوباره انجام می دهیم. LO و ببین ، نتایج ما پس از تقلید از آماده سازی نمونه RNA از سلولها ، برش قابل توجهی بیشتر از آنچه قبل از آماده سازی اندازه گیری کردیم نشان داد.

بنابراین ، آماده سازی نمونه بر اندازه گیری به گونه ای که اندازه گیری ها را نادرست انجام می داد ، تأثیر می گذارد.

این یک مشکل است زیرا محققان پزشکی ، به عنوان مثال ، ممکن است فکر کنند که آنها این اندازه گیری ها را درست انجام می دهند ، اما پس از آن آنها نمی توانند بفهمند که چرا این درمان به همان اندازه که باید کار نمی کند. اندازه گیری های نادرست آنها نشان دهنده کاهش ریبوزیم بسیار خوب است ، بنابراین ممکن است سعی کنند مشکل اشتباه را در فرآیند تولید دارو برطرف کنند. تیم ما می خواستند این چالش اندازه گیری را حل کنند تا محققان وقت و تلاش خود را در تلاش برای عیب یابی مسائل اشتباه هدر ندهند.

با نگاهی بیشتر به مشکل ، می توانیم به ریبوزیم هایی که در یک زمینه خاص قطع نمی شوند ، فکر کنیم که شبیه به قیچی با رشته ای است که در اطراف تیغه ها قرار دارد. فرایند تهیه RNA از سلول ها باعث شد رشته به شل ، اجازه می دهد تا قیچی ها قبل از انجام اندازه گیری برش دهند. ما نمی خواهیم این اتفاق بیفتد زیرا این امر بر تحقیقات ما تأثیر منفی گذاشت.

برای کار در این زمینه ، ما یک گره “بسیار قوی” را به شکل یک رشته DNA در اطراف قیچی قرار دادیم تا آنها نتوانند در هنگام تهیه نمونه برش دهند. فقط با استفاده از این پروتکل اصلاح شده می توان همان اندازه گیری ها را قبل و بعد از تهیه نمونه ، هم برای ریبوزیم های داخل سلول و هم برای آزمایش های آزمایشگاهی انجام دادیم.

رمز و راز اندازه گیری حل شد! ما منتشر کرده ایم این تحقیق بنابراین دیگران در این زمینه می توانند این پروتکل را در اندازه گیری های خود به کار گیرند و به کار مهم بیشتر در پزشکی و مهندسی سلولی کمک کنند. این نتایج اهمیت انجام چندین اندازه گیری در همان نمونه را برجسته می کند.

پدربزرگ من درست بود که اگر می خواهید برش صحیح را بدست آورید ، بهتر است همیشه حداقل دو بار اندازه گیری کنید!

تصویر بزرگتر

مطالعه ریبوزیم ها با جزئیات یک حیرت جانبی برای من است. تحقیقات اصلی من در مورد بازگرداندن زیست مولکولهای مانند DNA و RNA است تا به عنوان نرم افزاری برای برنامه نویسی زیست شناسی ، که به عنوان برنامه نویسی مولکولی شناخته می شود ، خدمت کنند. ریبوزیم های خودکشی هستند برای تولید عناصر RNA ضروری است من از برنامه های برنامه ریزی استفاده می کنم. تهیه این عناصر شبیه به ساخت برف کاغذی است که در آن کاغذ باید قبل از برش به روش خاصی برسد. RNA هایی که من طراحی می کنم باید قبل از برش ریبوزیم ها به یک ساختار خاص برسد.

در حین طراحی این RNA ها برای استفاده در خارج از سلول ها ، زمینه های بسیاری را پیدا کردم که در آن ریبوزیم ها برش ندادند و باعث می شود طرح های من از بین بروند. من فهمیدم که اندازه گیری فعالیت ریبوزیم برای انتقال موفقیت آمیز طرح هایم به سلول ها بسیار مهم است ، بنابراین من شروع به بررسی روش های جدید برای انجام این اندازه گیری ها کردم.

آموزش NIST من به من آموخت که هرگونه اندازه گیری جدید را در برابر نمونه ها و تکنیک های مرجع شناخته شده کالیبراسیون کنم – همیشه یک نمونه شناخته شده را با حداقل دو اندازه گیری متفاوت اندازه گیری کنید! و اینگونه است که این پروژه جانبی متولد شد.

تکنیک دقیق اندازه گیری ریبوزیم ما اکنون بخشی جدایی ناپذیر از چرخه طراحی من است و کمک خواهد کرد محققان nist سلولهای مهندس برای مقابله با طیف گسترده ای از مشکلات ، از باکتریهای مهندسی شده که بیماری را در روده یا پوست تشخیص داده و درمان می کنند تا مخمرهای مهندسی شده که داروها یا سوخت های زیستی تولید می کنند.

فراتر از NIST ، این اندازه گیری ها از توسعه بیشتر زیست شناسی رو به رشد پشتیبانی می کند ، و این برای من به عنوان یک محقق اندازه گیری که همیشه به یاد می آورد دو بار اندازه گیری می کند ، پاداش می دهد.