Ryan verwirklicht wissenschaftliche Träume im Campus-Gen-Editing-Projekt

Die Chemiestudentin Cassidy Ryan hat diesen Sommer auf dem Campus damit verbracht, Techniken zur Genbearbeitung anzuwenden, um die Gene lebender Organismen zu verändern, in der Hoffnung, ihr Verständnis der Genfunktion zu verbessern – ein Projekt, das durch Spenden von Alumni unterstützt wird.

Cassidy Ryan interessiert sich sehr für Naturwissenschaften und Mathematik und wünscht sich schon lange eine Karriere als Wissenschaftlerin. Diese Bestrebungen werden durch Bachelor-Forschung und akademische Unternehmen bei Rose-Hulman möglich.

Die Jungstudentin im Hauptfach Chemie (mit Nebenfach Chemieingenieurwesen) hat diesen Sommer damit verbracht, Gen-Editing-Techniken einzusetzen, um die Gene lebender Organismen zu verändern, in der Hoffnung, ihr Verständnis der Genfunktion zu verbessern. Die Erschließung dieses Wissens könnte es Wissenschaftlern auch ermöglichen, Wege zu entwickeln, um möglicherweise eine Vielzahl genetischer oder erworbener Krankheiten zu behandeln und Auswirkungen auf die Landwirtschaft und Biotechnologie zu haben.

Im Labor für Spezialprojekte des Department of Chemical Engineering von Olin Hall hat Ryan das am weitesten verbreitete Genom-Editierungssystem CRISPR/Cas9 verwendet, um die DNA-Sequenz eines Organismus zu schneiden und so die Entfernung bestehender DNA und das Einfügen von Ersatz-DNA zu ermöglichen.

Der mehrstufige Genbearbeitungsprozess beginnt mit der Einführung des Cas9-Nukleaseenzyms und der Leit-RNA zu den Zellen. Die Leit-RNA bindet an eine bestimmte DNA-Sequenz, die dem Cas9-Enzym genau sagt, wo es die DNA schneiden muss. An der Schnittstelle kann die ursprüngliche DNA während der Reparatur durch neue DNA ersetzt werden, was Veränderungen in einem Organismus ermöglicht, die beispielsweise bei der Entwicklung nährstoffreicherer Nutzpflanzen oder der Ausrottung von Infektionskrankheiten helfen könnten.

„Es ist eine Herausforderung, in diesem relativ neuen Wissenschaftsbereich neue Protokolle zu entwickeln“, bestätigte die außerordentliche Professorin für Chemieingenieurwesen, Irene Reizman, PhD, die auch den Alfred R. Schmidt-Stiftungslehrstuhl für Exzellenz in der Lehre innehat. Als akademische Beraterin von Ryans Fakultät dachte sie, dass ein Sommerforschungsprojekt in ihrem Labor eine großartige Bildungsmöglichkeit sein würde. Im Labor entwickeln Studenten Ganzzell-Biosensoren zur Reduzierung der Nebenproduktbildung bei industriellen Fermentationen und anderen Anwendungen.

Ryan war bereit für die Herausforderung und sagte: „Das ist es, was ich gerne mache, mich in die Wissenschaft zu begeben.“ Als Dr. Reizman mir von diesem Projekt erzählte, konnte ich es kaum erwarten, loszulegen.“

Es dauerte fünf Versuche, um einen bedeutenden Durchbruch zu erzielen, als es ihr gelang, DNA-Moleküle mithilfe der Polymerase-Kettenreaktion zu verstärken und dann zu überprüfen, ob sie korrekt waren, indem sie sie mithilfe von elektrischem Strom trennte, einem Prozess namens Elektrophorese.

„Als ich die Vorbereitungen für die Forschung abgeschlossen hatte, wusste ich, dass ich etwas hatte und auf dem Weg war“, sagte Ryan, der einen weißen Laborkittel und blaue Einweghandschuhe trug, während er im Labor an den nächsten Phasen des Projekts arbeitete. „Mir gefällt es, Dinge durchzuarbeiten, Fehler zu beheben und optimale Verbindungen für die verschiedenen Schritte herzustellen. Ich gehe die Dinge Schritt für Schritt an, einen Tag nach dem anderen. Wenn es mehr Erfolge als Misserfolge gibt und Fortschritte gemacht werden, bin ich zufrieden.“

Dieses Forschungsprojekt zur Genbearbeitung wird von einem Forschungsfonds für Chemieingenieurwesen unterstützt, der vom Chemieingenieur-Absolventen von 1968, Cecil Witherbee, und seiner Frau Sherry bereitgestellt wird. Der Fonds unterstützt andere Studierende des Chemieingenieurwesens bei Sommerprojekten. Frühere Studierende haben Forschungsarbeiten in Fachzeitschriften veröffentlicht und auf Bachelor-Konferenzen vorgestellt – was die Grundlage für den Besuch der Graduiertenschule bildet.

Ryans Interesse an Naturwissenschaften entwickelte sich schon früh als High-School-Schüler in Hoffman Estates, Illinois, einem Vorort von Chicago. In ihrem ersten Studienjahr besuchte sie Rose-Hulman zum ersten Mal, nachdem sie vom Ruf des Instituts als landesweit führender Anbieter in der Grundausbildung für Naturwissenschaften, Technik, Ingenieurwesen und Mathematik erfahren hatte.

„Mein Vater sagte, ich müsse Rose-Hulman besuchen, da es als MINT-College einen so hohen Stellenwert genießt. Ich war beeindruckt und konnte es kaum erwarten, jede Gelegenheit für einen Besuch zu nutzen“, bemerkte sie. „Ich war schon immer ein naturwissenschaftlich und mathematisch interessierter Mensch und wusste, dass Rose-Hulman gut zu mir passt.“

Es hat auch geholfen, dass Ryan die Möglichkeit hatte, in der Fußballmannschaft der Fightin' Engineers zu spielen, wo sie zwei Jahre lang als Außenverteidigerin den College-Brief gewonnen hat. Sie engagiert sich auch in der Delta-Delta-Delta-Schwesternschaft und hilft bei der Leitung des Sport- und Freizeitzentrums für studentische Aktivitäten und interne Veranstaltungen.

„Meine Sommerforschung ist ein weiterer wichtiger Teil meiner Reise“, sagte Ryan, der plant, im Schuljahr 2023/24 weiter am Gen-Editing-Projekt zu arbeiten. Das Projekt könnte ihr dabei helfen, zukünftige Forschungsmöglichkeiten zu gewinnen, möglicherweise durch von der National Science Foundation gesponserte Forschungserfahrungen für Studenten und die anschließende Teilnahme an einem Forschungsprogramm an einer Graduiertenschule.