Naukowcy z Oak Ridge National Laboratory (ORNL) opracowali technologię biosensorów, która umożliwia wizualizację i śledzenie w czasie rzeczywistym aktywności kwasu rybonukleinowego (RNA) w żywych komórkach roślinnych. Ta innowacyjna metoda łączy technikę splicingu molekularnego z białkiem znacznika fluorescencyjnego.
To nowe podejście pozwala naukowcom wykrywać i monitorować zmiany w ekspresji RNA i genów w czasie rzeczywistym. Stanowi cenne narzędzie do ulepszania bioenergii i roślin spożywczych oraz identyfikacji niepożądanych modyfikacji roślin, patogenów i szkodników. RNA, cząsteczka sygnałowa, tłumaczy kod DNA na funkcjonalne składniki, takie jak białka, które są kluczowe dla wzrostu roślin i reakcji na stres.
Opracowany przez ORNL biosensor stale monitoruje poziom RNA w żywych roślinach, zastępując tradycyjną metodę pobierania, przetwarzania i analizy tkanek. Według Xiaohan Yang, kierownika projektu w ORNL, biosensor oferuje „wgląd w czasie rzeczywistym w to, jak komórki przeprogramowują się na poziomie molekularnym w zmieniających się warunkach środowiskowych, takich jak susza lub choroba”.
Biosensor działa poprzez rozszczepienie rybozymu - cząsteczki RNA, która katalizuje splicing RNA - na dwie nieaktywne części. Części te są następnie przyłączane do sekwencji RNA prowadzącego, które wiążą się z określonym celem RNA wewnątrz komórki roślinnej. Kiedy RNA prowadzący znajdzie swój cel, fragmenty rybozymu ponownie się łączą, aktywując białko reporterowe, które wytwarza widoczną fluorescencję. Ta fluorescencja wskazuje lokalizację i obfitość RNA. Funkcjonalność biosensora została zademonstrowana poprzez wykrycie wirusa infekującego roślinę tytoniu oraz poprzez ujawnienie aktywności genów w *Arabidopsis*. System może wykrywać aktywność genów od pojedynczych komórek do poziomu tkanki w całej roślinie, w tym w liściach, korzeniach, kwiatach i łodygach.
Paul Abraham, współautor i menedżer DOE Secure Ecosystem Engineering and Design Science Focus Area (SEED SFA), zauważył użyteczność biosensora w obserwowaniu, kiedy i gdzie roślina zaczyna się przeprogramowywać w odpowiedzi na warunki takie jak susza. Jerry Tuskan, współautor i dyrektor DOE Center for Bioenergy Innovation, dodał, że wszechstronność biosensora rozciąga się od ulepszonej genomiki funkcjonalnej po praktyczne zastosowania, takie jak badanie wydajności roślin w celu wczesnego wykrywania patogenów lub innych reakcji na stres.
Prace ORNL mają na celu wspieranie innowacji w zakresie krajowych, przystępnych cenowo paliw, chemikaliów i materiałów pochodzenia biologicznego, opierając się na historii badań biologicznych i genetycznych. Paul Langan, zastępca dyrektora laboratorium, podkreślił, że odkrycie informacyjnego RNA (mRNA) miało swój początek w ORNL w latach 50. XX wieku. Projekt otrzymał wsparcie od SEED SFA i Center for Bioenergy Innovation, z funduszy DOE Office of Science Biological and Environmental Research program.