Стратегия проектирования, основанная на модели, для разработки систем обнаружения, регулируемых МОКРНА.

МИРНК являются перспективными диагностическими биомаркерами. Эти небольшие молекулы РНК всегда присутствуют в организме человека, но становятся дисрегулируемыми, когда человек развивает определенные болезни. Хотя обнаружение этих биомаркеров в ходе испытаний без ячеек является постоянной работой, нынешние системы часто концентрируются исключительно на обнаружении наличия или отсутствия конкретной miRNA, а не концентрации miRNA. Таким образом, при проведении этих тестов могут не учитываться относительные изменения концентрации miRNA в случае дизакции, вызванной болезнями. Эта работа, осуществляемая в рамках проекта WUR iGEM 2024 (MIRADAR), была направлена на устранение этого пробела путем включения в диагностический тест без клеток порога концентрации miRNA. В этой системе непрерывные вводные концентрации miRNA необходимо преобразовывать в двоичный выходной сигнал, классифицируя концентрацию miRNA как здоровую (без выходного сигнала) или как показатель заболевания (сильный выходный сигнал). Чтобы помочь экспериментальной инженерии теста, мы используем математические модели для оценки и анализа различных потенциальных сетей. Мы применяем ранее опубликованную многоцелевую стратегию оптимизации для получения конструкций, отвечающих соответствующим ограничениям, таким, как низкое содержание базалов, высокий уровень считывания показаний и крутая комбинация между низкими и высокими вводными концентрациями miRNA. Были сопоставлены модели трех различных биологических механизмов, основанные на их способности генерировать желаемый двоичный выходной сигнал. В рамках одного из подходов использовались трехтонные белковые сети (такие, как петли питания вперёд), в то время как в двух других использовались системы на основе РНК. В целом, системы перемещения нитей с привязкой к ногам продемонстрировали наибольший потенциал для экспериментального внедрения. Считается, что эти системы менее обременительны в среде, свободной от клеток, могут быть более легко сконструированы для новых последовательностей miRNA и продемонстрированы высокая точность обнаружения. Основываясь на наших результатах, мы обсуждаем вопрос о том, каким образом включение параметров последовательности могло бы расширить проектное пространство наших математических моделей и как требуется тщательная разработка критериев оптимизации для оценки конструкций. В конечном счете, наше исследование, основанное на модели, показывает, что сети перемещения нитей с помощью толстой субстанции могут быть эффективными системами обнаружения микроРНК для инструментов биоизлучения в будущем.