Gli scienziati dell'Oak Ridge National Laboratory (ORNL) hanno sviluppato una tecnologia di biosensore che consente la visualizzazione e il tracciamento in tempo reale dell'attività dell'acido ribonucleico (RNA) all'interno delle cellule vegetali viventi. Questo metodo innovativo combina una tecnica di splicing molecolare con una proteina marcatrice fluorescente.
Questo nuovo approccio consente ai ricercatori di rilevare e monitorare i cambiamenti nell'RNA e nell'espressione genica in tempo reale. Fornisce uno strumento prezioso per migliorare le colture bioenergetiche e alimentari e per identificare modifiche indesiderate delle piante, agenti patogeni e parassiti. L'RNA, una molecola di segnalazione, traduce il codice del DNA in componenti funzionali come le proteine, che sono cruciali per la crescita delle piante e la risposta allo stress.
Il biosensore sviluppato dall'ORNL monitora continuamente i livelli di RNA nelle piante vive, sostituendo il metodo tradizionale di raccolta, lavorazione e analisi dei tessuti. Secondo Xiaohan Yang, responsabile del progetto presso l'ORNL, il biosensore offre "approfondimenti in tempo reale su come le cellule si riprogrammano a livello molecolare in condizioni ambientali variabili come la siccità o le malattie".
Il biosensore funziona dividendo un ribozima - una molecola di RNA che catalizza lo splicing dell'RNA - in due parti inattive. Queste parti vengono quindi attaccate a sequenze di RNA guida che si legano a uno specifico bersaglio di RNA all'interno della cellula vegetale. Quando l'RNA guida trova il suo bersaglio, i pezzi del ribozima si ricongiungono, attivando una proteina reporter che produce fluorescenza visibile. Questa fluorescenza indica la posizione e l'abbondanza dell'RNA. La funzionalità del biosensore è stata dimostrata rilevando un virus che infetta una pianta di tabacco e rivelando l'attività genica in *Arabidopsis*. Il sistema può rilevare l'attività genica dalle singole cellule al livello del tessuto in tutta la pianta, comprese foglie, radici, fiori e steli.
Paul Abraham, coautore e responsabile del DOE Secure Ecosystem Engineering and Design Science Focus Area (SEED SFA), ha notato l'utilità del biosensore nell'osservare quando e dove una pianta inizia a riprogrammare se stessa in risposta a condizioni come la siccità. Jerry Tuskan, coautore e direttore del DOE Center for Bioenergy Innovation, ha aggiunto che la versatilità del biosensore si estende dalla genomica funzionale migliorata ad applicazioni pratiche come lo screening delle prestazioni delle piante per la rilevazione precoce di agenti patogeni o altre risposte allo stress.
Il lavoro dell'ORNL mira a promuovere innovazioni per combustibili, prodotti chimici e materiali nazionali, accessibili e a base biologica, basandosi sulla sua storia di ricerca biologica e genetica. Paul Langan, direttore associato del laboratorio, ha sottolineato che la scoperta dell'RNA messaggero ha avuto origine con biologi e chimici dell'ORNL negli anni '50. Il progetto ha ricevuto il sostegno del SEED SFA e del Center for Bioenergy Innovation, con finanziamenti dal programma di ricerca biologica e ambientale dell'Office of Science del DOE.