Linie komórkowe modyfikowane genetycznie, wykorzystywane w badaniach biomedycznych, od dawna narażone są na błędną identyfikację i nieuprawnione użycie, co każdego roku generuje straty liczone w miliardach dolarów oraz podważa wiarygodność kluczowych odkryć naukowych. Problemy te nie tylko utrudniają odtwarzalność wyników badań, ale również stwarzają ryzyko utraty cennej własności intelektualnej.
Zespół badaczy z University of Texas w Dallas opracował nową metodę osadzania unikalnych znaczników genetycznych w zmodyfikowanych liniach komórkowych. Rozwiązanie to eliminuje błędy identyfikacji i zabezpiecza innowacje dzięki niepodrabialnym genomowym „podpisom”.
„Obecnie istnieją tysiące zmodyfikowanych genetycznie linii komórkowych, a mimo to często nie mamy niezawodnych sposobów na potwierdzenie ich tożsamości i pochodzenia” – podkreślił prof. Leonidas Bleris z Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science. – „Naszym celem było stworzenie unikalnych identyfikatorów genetycznych – swoistych kodów kreskowych – osadzonych bezpośrednio w komórkach”.
Badanie, którego Bleris jest autorem korespondencyjnym, ukazało się 7 sierpnia w czasopiśmie Advanced Science.
Spersonalizowane linie komórkowe odgrywają istotną rolę w opracowywaniu szczepionek i terapii celowanych w wielu chorobach. Dynamiczny rozwój technologii edycji genów CRISPR przyspieszył tworzenie nowych modeli badawczych, jednak skala tego procesu przewyższyła możliwości obecnych metod uwierzytelniania.
„Dotychczasowe techniki nie potrafią wiarygodnie odróżniać linii komórkowych o wspólnym pochodzeniu, ale z różnymi modyfikacjami genetycznymi” – zauważył Bleris. – „To naraża badania biomedyczne na ryzyko błędnej identyfikacji, skażenia materiału czy nieuprawnionego użycia, a także na utratę własności intelektualnej”.
Inspirując się technologiami zabezpieczającymi mikrochipy, badacze z UT Dallas opracowali metodę (zgłoszoną do opatentowania), która wykorzystuje koncepcję tzw. physical unclonable functions (PUFs) – fizycznie nieklonowalnych funkcji – przeniesioną na komórki żywe. Dzięki temu możliwe jest tworzenie unikalnych, niepodrabialnych genetycznych „odcisków palca”.
„Firmy biotechnologiczne mogą teraz ‘kodować kreskowo’ swoje linie komórkowe, chroniąc je przed kopiowaniem” – podkreślił Bleris.
Już w 2022 roku badacze z UT Dallas zaprezentowali dwuetapową wersję technologii PUFs dla linii komórkowych. Najnowsze badania upraszczają proces do jednego etapu, co znacząco ułatwia jego praktyczne zastosowanie.
Metoda wykorzystuje system CRISPR, który kieruje enzym Cas9 do przecięcia DNA w określonym miejscu genomu – tzw. „bezpiecznej przystani” (safe-harbor), gdzie modyfikacje nie zakłócają funkcji komórki. Kolejny enzym, transferaza terminalnej deoksynukleotydylowej (TdT), naprawia przerwę, dodając losowe sekwencje DNA w tym miejscu. Powstaje w ten sposób unikalny wzór w populacji komórek, który pełni funkcję identyfikatora.
Zespół opracował także narzędzia oparte na uczeniu maszynowym, które pozwalają weryfikować tożsamość linii komórkowych.
„Dzięki metodzie bazującej na sztucznej inteligencji możemy w pełni wykorzystać potencjał genetycznych odcisków palca i poprawić rozdzielczość identyfikacji linii komórkowych” – wyjaśnił dr Taek Kang, współautor pracy.
W badaniach uczestniczyli również dr Alexander Pertsemlidis z UT San Antonio oraz doktoranci i absolwenci UT Dallas. Wyniki stanowią podstawę działalności spółki SyntaxisBio Inc., współzałożonej przez Pertsemlidisa i Blerisa, której celem jest komercjalizacja tej technologii.
Prace były finansowane przez UT Dallas, National Science Foundation oraz grant Small Business Technology Transfer (1R41HG012884-01) z National Human Genome Research Institute (NIH).
Źródło: Advanced Science, Biosecurity Primitive: Polymerase X-based Genetic Physical Unclonable Functions
DOI: http://dx.doi.org/10.1002/advs.202415820
