Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'ndaki (ORNL) bilim insanları, yaşayan bitki hücreleri içindeki ribonükleik asit (RNA) aktivitesinin görselleştirilmesini ve gerçek zamanlı olarak izlenmesini sağlayan bir biyosensör teknolojisi geliştirdi. Bu yenilikçi yöntem, moleküler birleştirme tekniğini floresan işaretleyici bir proteinle birleştiriyor.
Bu yeni yaklaşım, araştırmacıların RNA ve gen ifadesindeki değişiklikleri gerçek zamanlı olarak tespit etmelerini ve izlemelerini sağlıyor. Biyoenerji ve gıda ürünlerini geliştirmek, istenmeyen bitki modifikasyonlarını, patojenleri ve zararlıları belirlemek için değerli bir araç sunuyor. Bir sinyal molekülü olan RNA, DNA kodunu bitki büyümesi ve stres tepkisi için çok önemli olan proteinler gibi işlevsel bileşenlere çevirir.
ORNL tarafından geliştirilen biyosensör, doku toplama, işleme ve analiz etme şeklindeki geleneksel yöntemin yerini alarak canlı bitkilerdeki RNA seviyelerini sürekli olarak izler. ORNL'deki proje lideri Xiaohan Yang'a göre, biyosensör "kuraklık veya hastalık gibi değişen çevresel koşullar altında hücrelerin kendilerini moleküler düzeyde nasıl yeniden programladığına dair gerçek zamanlı bilgiler" sunuyor.
Biyosensör, bir ribozimi -RNA birleştirmesini katalize eden bir RNA molekülü- iki inaktif parçaya ayırarak çalışır. Bu parçalar daha sonra bitki hücresinin içindeki belirli bir RNA hedefine bağlanan kılavuz RNA dizilerine bağlanır. Kılavuz RNA hedefini bulduğunda, ribozim parçaları yeniden birleşerek görünür floresan üreten bir belirteç proteini etkinleştirir. Bu floresan, RNA'nın konumunu ve bolluğunu gösterir. Biyosensörün işlevselliği, bir tütün bitkisine bulaşan bir virüsü tespit ederek ve *Arabidopsis*'te gen aktivitesini ortaya çıkararak gösterildi. Sistem, yapraklar, kökler, çiçekler ve saplar dahil olmak üzere tüm bitki boyunca tek tek hücrelerden doku düzeyine kadar gen aktivitesini tespit edebilir.
DOE Güvenli Ekosistem Mühendisliği ve Tasarım Bilimi Odak Alanı (SEED SFA) eş yazarı ve yöneticisi Paul Abraham, biyosensörün bir bitkinin kuraklık gibi koşullara yanıt olarak kendini ne zaman ve nerede yeniden programlamaya başladığını gözlemlemedeki faydasını belirtti. DOE Biyoenerji İnovasyon Merkezi eş yazarı ve direktörü Jerry Tuskan, biyosensörün çok yönlülüğünün, geliştirilmiş fonksiyonel genomikten, patojenlerin veya diğer stres tepkilerinin erken tespiti için bitki performansını tarama gibi pratik uygulamalara kadar uzandığını ekledi.
ORNL'nin çalışmaları, biyolojik ve genetik araştırma geçmişine dayanarak, yerli, uygun fiyatlı biyo-bazlı yakıtlar, kimyasallar ve malzemeler için yenilikleri teşvik etmeyi amaçlıyor. Laboratuvar müdür yardımcısı Paul Langan, haberci RNA'nın keşfinin 1950'lerde ORNL biyologları ve kimyagerleri ile başladığını vurguladı. Proje, DOE Bilim Ofisi Biyolojik ve Çevresel Araştırma programından alınan fonlarla SEED SFA ve Biyoenerji İnovasyon Merkezi tarafından desteklendi.