Les scientifiques ont transformé l'ARN, une molécule biologique présente dans toutes les cellules vivantes, en un biocapteur qui peut détecter de minuscules produits chimiques pertinents pour la santé humaine.
La recherche de Rutgers University-New Brunswick Scientists est centrée sur l'ARN, un acide nucléique qui joue un rôle crucial dans la plupart des processus cellulaires. Leur travail devrait avoir des applications dans la surveillance des produits chimiques environnementaux et, finalement, le diagnostic de maladies critiques, y compris les maladies neurologiques et cardiovasculaires et le cancer.
« Imaginez que les gens iront à l'hôpital et donneront un échantillon de cellules de leur propre corps pour des contrôles réguliers », a déclaré Enver Cagri Izgu, professeur adjoint au Département de chimie et de la biologie chimique de la Rutgers School of Arts and Sciences et l'auteur correspondant de l'étude.
« Et il y aura une technologie impliquée dans la transformation de leurs cellules en cellules de capteur sans changer leur cadre et leur physiologie. Ces cellules seraient ensuite retournées au corps de la personne, et le corps n'aura jamais le problème de rejet parce que ce sont leurs propres cellules. Ces cellules auront la capacité de nous parler et de générer des signaux sur la question de savoir si nous avons des traces de produits chimiques toxiques ou les débuts de la maladie. »
Dans le journal Édition internationale d'Angewandte ChemieIzgu et son équipe ont rapporté comment ils ont mis en œuvre l'ARN dans les cellules bactériennes de telle manière que ces cellules, et même leurs cellules filles, ont pu détecter des produits chimiques distincts. Ces substances à détecter peuvent être de courte durée des produits chimiques inorganiques au cœur de nombreux processus physiologiques, à la fois dans les états sains et pathologiques. L'ARN n'interagirait normalement pas avec ces types de produits chimiques, et il serait extrêmement difficile de les sentir à travers des circuits génétiques complexes.
Les scientifiques étudient activement les aspects de l'ARN pour comprendre ses multiples fonctions et son potentiel d'amélioration de la santé humaine. Une fonction d'ARN inhabituelle, divulguée pour la première fois en 2011, est la capacité de l'ARN à se lier aux petites molécules à générer de la lumière. Cette étude séminale a inspiré Izgu et son équipe à repousser les limites du concept de génération de lumière induite par l'ARN.
« Nous avons utilisé nos connaissances en chimie et transformé l'ARN en un détecteur de produits chimiques inorganiques physiologiquement importants et de courte durée, tels que le sulfure d'hydrogène et le peroxyde d'hydrogène », a déclaré Izgu. « Le produit chimique inorganique que nous voulons détecter réagit d'abord avec une petite molécule de récepteur, qui devient à son tour un liant d'une séquence d'ARN spéciale.
« L'événement de liaison ultérieure entre le produit récepteur – un dérivé de l'hydroxybenzylidène imidazolinone – et l'ARN génère de la lumière à une longueur d'onde spécifique. Nous avons atteint ce mécanisme de détection chimique à l'intérieur d'Escherichia coli vivant comme organisme modèle. »
Le travail est nouveau car, bien qu'un ARN conçu à l'extérieur puisse être produit dans les cellules, il ne peut pas être cajolé pour détecter le sulfure d'hydrogène ou le peroxyde d'hydrogène.
Dans les stades critiques du cancer et des maladies neurologiques et cardiovasculaires, les cellules humaines produisent différents niveaux de sulfure d'hydrogène et de peroxyde d'hydrogène. Izgu et son équipe ont pu détecter ces produits chimiques en utilisant leurs capteurs E. coli dans des conditions de laboratoire.
Izgu a déclaré que l'objectif ultime de la recherche Rutgers est de transformer une cellule humaine en une cellule de capteur de la même manière qu'ils ont pu faire des traces de produits chimiques d'E. Coli.
