بنیاد ملی علوم ایالات متحده بیش از 12.7 میلیون دلار به 9 تیم تحقیقاتی برای درک بهتر پتانسیل استفاده نشده اسید ریبونوکلئیک (RNA) برای کاربردهای بالقوه گسترده بیوتکنولوژیکی، از پیشگیری از بیماری های گیاهی تا درمان های مبارزه با سرطان، اهدا کرده است. هر یک از 9 تیم، 1 تا 1.65 میلیون دلار از NSF از طریق برنامه بنیادهای مولکولی برای بیوتکنولوژی (MFB) دریافت خواهند کرد، یک تلاش مشترک NSF با مشارکت موسسه ملی تحقیقات ژنوم انسانی (NHGRI) از مؤسسه ملی بهداشت. NHGRI قصد دارد در پروژه‌های دیگری سرمایه‌گذاری کند که بعداً در سال 2024 اعلام خواهد شد که بر توسعه فناوری‌های جدید برای بررسی زیست‌شناسی RNA متمرکز خواهد بود.
دیوید برکوویتز، مدیر بخش شیمی NSF، گفت: “انتظار می رود راه های جدید ابتکاری برای مطالعه ساختار، دینامیک و عملکرد RNA در سطح مولکولی منجر به پیشرفت های بیوتکنولوژیکی قابل توجهی در تقاطع شیمی و زیست شناسی شود.” ما با پیشرفت این علم پایه، راه‌های جدیدی را برای تحقیقات و کاربردهای الهام‌گرفته از ابزارهای کاربردی که می‌توانند به نفع جامعه باشند و کیفیت زندگی ما را بهبود بخشند، باز می‌کنیم.»
کارولین هاتر، مدیر بخش علوم ژنومیک NHGRI، گفت: ما از شراکت با NSF برای پیشبرد تحقیقات در مورد ساختارها، تعاملات، عملکردها و کاربردهای RNA هیجان زده هستیم. ابزارها و فن‌آوری‌های جدیدی که از تحقیقات RNA استفاده می‌کنند، این پتانسیل را دارند که زمینه زیست پزشکی را متحول کنند و سلامت انسان را بهبود بخشند.
RNA یک مولکول آلی پیچیده است که وظایف اساسی را در ماشین آلات بیولوژیکی و شیمیایی تمام سلول های زنده انجام می دهد. اگرچه RNA برای اولین بار تقریباً یک قرن پیش شناسایی شد، بسیاری از جنبه های عملکردی آن به طور کامل درک یا پیش بینی نشده است. این 9 تیم تحقیقاتی نقش و عملکرد RNA را با هدف ایجاد روش‌های جدید مبتنی بر RNA برای درمان سلول‌های سرطانی، مقاوم‌تر کردن محصولات در برابر سوختگی و بیماری، مبارزه با عفونت‌های ویروسی مانند سرماخوردگی و موارد دیگر بررسی خواهند کرد. این تیم ها شامل متخصصان در طیف وسیعی از زمینه ها از شیمی، زیست شناسی و فیزیک تا مدل سازی ریاضی و یادگیری ماشین هستند. انتظار می‌رود پروژه‌های آن‌ها فرصت‌هایی برای مشارکت با صنعت برای تبدیل دانش به‌دست‌آمده در آزمایشگاه به بیوتکنولوژی‌های جدید قابل فروش فراهم کند.
علاوه بر پشتیبانی تحقیقاتی، سرمایه‌گذاری NSF از طریق راهنمایی، کارگاه‌ها و کارآموزی برای دانش‌آموزان دبیرستانی و کارشناسی و سایر فعالیت‌ها برای گسترش و گسترش مشارکت در نیروی کار STEM ایالات متحده، آموزش‌های عملی را برای دانش‌آموزان و محققین اولیه ارائه می‌دهد.
9 پروژه و تیم عبارتند از:
فناوری‌های برچسب‌گذاری مجاورت نسل بعدی برای نگاشت رونوشت‌های زیرسلولی و متقابل RNA در سلول‌های زنده در وضوح نانومتری (دانشگاه استنفورد) هدف آن ایجاد فناوری‌های جدید است که به دانشمندان اجازه می‌دهد به سرعت محل قرارگیری RNAها در سلول‌های زنده را تجسم کنند و سایر مواد ژنتیکی نزدیک را که ممکن است با RNA تعامل داشته باشند، شناسایی کنند. این فناوری ها ممکن است در مطالعه برهمکنش های درون سلولی در بیماری هایی مانند سرطان مفید باشند.
تثبیت‌کننده‌های سنجاق سر در ناقل‌های خاموش‌کننده ژن ناشی از ویروس RNA (دانشگاه مریلند، کالج پارک و بیولوژیک Silvec) برای ایجاد ژنوم‌های RNA پایدار که می‌تواند به‌عنوان دستگاه انتقال برای غیرفعال کردن باکتری‌هایی که باعث بیماری‌هایی در گیاهان می‌شوند، مانند سبز شدن مرکبات، استفاده شود. یک بیماری جدی گیاهی که درختان مرکبات مهم اقتصادی و کشاورزی را در سطح بین المللی تحت تاثیر قرار می دهد و هیچ درمانی برای آن وجود ندارد.
شکستن کدها: درک قوانین محلی سازی و ترجمه mRNA (دانشگاه کلرادو در دنور) قصد دارد از پیشرفت‌های اخیر در فناوری توالی‌یابی RNA برای ایجاد مدلی با قابلیت پیش‌بینی خروجی یک پروتئین از یک RNA پیام‌رسان استفاده کند، که می‌تواند تأثیر گسترده‌ای بر آنچه که ما در مورد چگونگی رمزگذاری و انتقال اطلاعات ژن‌ها می‌دانیم، داشته باشد.
تا کردن همسانی بهتر با استفاده از زبان‌شناسی محاسباتی و یادگیری عمیق (دانشگاه ایالتی اورگان و دانشگاه روچستر) به دنبال استفاده از هوش مصنوعی برای توسعه الگوریتم‌ها و ابزارهای نرم‌افزاری سریع‌تر و بهتر برای مدل‌سازی ساختارهای ثانویه RNA است که پتانسیل پیشرفت طراحی درمانی و تشخیصی را دارد.
ویژگی‌های بیوژنز، جذب و پاسخ سلولی محموله‌های ریبونوکلئوپروتئین وزیکول خارج سلولی با استفاده از EV-CLASP (دانشگاه واندربیلت) برای افزایش درک ما از RNA های مشتق شده از وزیکول های خارج سلولی کار خواهد کرد، که می تواند توانایی ما را برای درک دینامیک RNA در طول ارتباط سلولی بهبود بخشد، که به شناسایی عناصر تنظیم کننده ژن جدید و توسعه روش های تحویل درمان های RNA در سلول ها کمک می کند.
اصلاحات RNA مروجین Frameshift: بسترهای سلولی برای بیان ژن مهندسی از طریق پیش‌بینی جهش محاسباتی و آزمایش‌های عملکردی (دانشگاه نیویورک و دانشگاه کارولینای شمالی در چپل هیل) هدف آن پیش‌بینی و مدل‌سازی چگونگی تولید دو پروتئین از یک RNA پیام‌رسان با هدف به کارگیری این دانش برای محدود کردن این است که چگونه ویروس‌های RNA می‌توانند از این جهش برای آلوده کردن انسان‌ها یا ایجاد اشکال جدید دارورسانی استفاده کنند.
ارزیابی و اصلاح Cryo-EM برای گروه‌های ساختاری RNA (دانشگاه استنفورد) آزمایش خواهد کرد که آیا میکروسکوپ الکترونی برودتی و روش‌های محاسباتی می‌توانند به دقت ویژگی‌های حیاتی عملکردی ماشین‌های RNA را برای ایجاد یک جعبه ابزار معتبر که می‌تواند به محققان در توسعه مدل‌های ماشین‌های مختلف مبتنی بر RNA با علاقه بیولوژیکی یا بیوتکنولوژیکی کمک کند، تجسم کند.
شناسایی بسیار موازی توالی های تنظیمی ترجمه در mRNA های انسانی و ویروسی (دانشگاه ییل) رویکردی در سطح سیستم برای درک عوامل مختلفی که بر میزان پروتئین سنتز شده از RNA های پیام رسان تأثیر می گذارند، اتخاذ خواهد کرد، که ممکن است به طراحی کلاس های جدیدی از RNA های پیام رسان درمانی کمک کند.
تکامل مداوم RNA ها با عملکردهای جدید در سلول های پستانداران (Weill Cornell Medicine و MIT) هدف آن غلبه بر چالش‌های معرفی RNA عملکردی به سلول‌های زنده است که می‌تواند بیوتکنولوژی، زیست‌پزشکی و زیست‌شناسی را به طور کلی با قادر ساختن دانشمندان به طراحی و تحویل RNAهایی که می‌توانند به پروتئین‌های هدف در سلول‌های زنده متصل شوند، متحول کند.
برنامه MFB یک ابتکار بین رشته‌ای است که توسط دپارتمان‌های علوم ریاضی و فیزیکی و علوم زیستی NSF هدایت می‌شود، با پشتیبانی اضافی از اداره مهندسی و علوم کامپیوتر و اطلاعات و اداره مهندسی.
