Peneliti Kembangkan Tools CAD Sistem Rekayasa RNA

JurnalScience – Komputer yang di padukan dengan Desain Tools (CAD) yang memungkinkan untuk membuat sirkuit terpadu akan segera hadir untuk membantu para ilmuan Biologi. Para peneliti di bioenergi US Departement of Energy (DOE) dan JBEI telah mengembangkan Jenis CAD model dan simulasi untuk molekul RNA yang memungkinkan para insinyur komponen Biologis untuk mengendalikan ekspesi genetik pada mikroba. Hal ini memiliki potensi besar untuk pengembangan penelitian mikroba berbasis produksi yang berkelanjutan menuju penemuan biofule, biodegradable plastics, Obat terapi dan sejumlah lainnya yang berasal dari petrokimia.

 

Dikarenakan sistem biologis yang menunjukkan kompleksitas fungsional di berbagai skala, maka timbul sebuah pertanyaan besar yaitu apakah ada alat yang mampu untuk mendesain secara efektif dan dapat meningkatkan ukuran dan kompleksitas sistem mikroba untuk memenuhi kebutuhan yang lebih spesifik, “ Kata Jay Keasling, Direktur JBEI.” Pada penelitian ini di tetapkan landasan untuk mengembangkan platfrom CAD untuk merancang sistem kontrol yang kompleks berbasis RNA yang dapat memproses informasi seluler dan program ekspresi dari jumlah yang sangat besar, dan mungkin yang lebih penting adalah kami telah menyediakan kerangka kerja untuk mempelajari fungsi-fungsi RNA dan menunjukkan potensi menggunakan pemodelan biokimia dan biofisik untuk mengembangkan strategi desain rancang bangun yang teliti”.

Penelitian ini berdaskan pada makalah yang berjudul "Model-driven engineering of RNA devices to quantitatively-program gene expression."  Ditulis oleh Keasling dan di bantu oleh James Carothers, Jonathan Goler dan Darmawi Juminaga.

Biologi sintetik adalah bidang ilmu ilmiah yang muncul di mana perangkat biologis baru untuk merancang bangun  seperti molekul, sirkuit genetik atau sel, atau sistem biologi yang ada seperti mikroba. Tujuan utama nya adalah untuk menghasilkan produk kimia yang berharga dari bahan yang sederhana, murah dan terbarukan secara berkelanjutan. Seperti disiplin ilmu teknik lainnya, CAD Tools untuk simulasi dan merancang fungsi global berdasrkan prilaku komponen lokal yang sangat penting untuk membangun perangkat sistem bilogis yang kompleks. Sampai saat penelitian ini dikerjakan Tool yang yang masih sangat terbatas. Tools CAD untuk Biologi sintetis akan menyaingi tools yang di temukan dalam disiplin ilmu teknik yang lebih maju.

Keasling dan kawan-kawan berfokus pada pendekatan desain driven mereka pada urutan RNA yang dapat melipat dan mampu membentuk desain tiga dimensi yang rumit, yang disebut ribozim dan aptazymes. Contoh dapat mengkatalisis reaksi dan bertindak untuk mengendalikan ekspresi gen dalam bakteri, ragi dan sel mamalia. Dengan menggunakan model  mekanistik fungsi biokimia dan simulasi biofisik kinetik dari lipatan RNA. Model dan strategi desain kemudian diverifikasi dengan membangun 28 perangkat ekspresi genetik. Saat di uji perangkat ini menunjukkan hasil yang baik dimana 94% korelasi antara tingkat gen yang diprediksi dan diukur ekspresi.

Sementara penelitian ini difokuskan pad E.Coli dan Produksi mikroba biofule, mereka percaya bahwa konsep mereka juga dapat digunakan untuk fungsi pemograman ke dalam sistem mamalia dan sel. “ Kami baru saja memulai proyek penelitian untuk menyelidiki bagaimana kita dapat menggunakan pendekatan merancang RNA berbasis sistem kontrol genetik yang akan meningkatkan keamanan dan kemanjuran terapi obat regeneratif yang menggunakan pembudidayaan sel induk untuk mengobati penyakit diabetes dan parkinson,” kata Carothers.

Penelitian ini didukung oleh dana hibah dari DOE Office of Science melalui JBEI dan National Science Foundation melalui Synthetic Biology Engineering Research Center (SynBERC).

Referensi Jurnal : James M. Carothers, Jonathan A. Goler, Darmawi Juminaga, Jay D. Keasling. “Model-Driven Engineering of RNA Devices to Quantitatively Program Gene Expression” diterbitkan Science pada Desember 2011.