Ekstrakcja kwasów nukleinowych na masową skalę
Katarzyna Kopka | 2007-10-17
Naukowcy z Kyushu University w Japonii opracowali metodę ekstrakcji jednoniciowego DNA oraz RNA, która umożliwia oddzielenie kwasów nukleinowych o specyficznej sekwencji z mieszaniny oligonukleotydów. Co więcej jest to technika, która będzie mogła być stosowana na masową skalę. Do "wyłapywania" poszukiwanych oligonukleotydów użyto zmodyfikowanej cząsteczki DNA. Uzyskane w czystej formie kwasy nukleinowe to bardzo przydatne narzędzie w identyfikacji schorzeń na tle genetycznym i w przyszłości mogą one być użyte jako lek.
Metoda japońskich naukowców jest stosunkowo prosta, a opiera się na podstawowej właściwości kwasów nukleinowych jaką jest zdolność do tworzenia par na zasadzie komplementarności. Jest to proces hybrydyzacji przebiegający na zasadzie „zamka i klucza”. Jednoniciowe DNA może hybrydyzować z drugą nicią DNA tylko wtedy, jeśli są dla siebie odpowiednimi partnerami. W takim wypadku pomiędzy komplemetarnymi nukleotydami ( podstawowa jednostka nici DNA) obu nici DNA tworzą się odpowiednie wiązania, w wyniku czego powstaje dwuniciowa cząsteczka kwasu nukleinowego.
Aby w wodnym roztworze mieszaniny cząsteczek DNA, która zawiera również DNA zmutowane oraz zanieczyszczenia, odnaleźć tę o pożądanej sekwencji naukowcy opracowali „sondę”. Jest nią kwas deoksyrybonukleinowy o sekwencji zaprojektowanej odpowiednio do poszukiwanego fragmentu. Na jednym z jego końców dołączono cząsteczkę o właściwościach hydrofobowych – w ten sposób powstaje DNA-surfaktant. To związek obniżający napięcie powierzchniowe (możliwe jest wówczas tworzenie mieszanin z cieczy naturalnie nie mieszających się).
Surfaktant składa się z części hydrofilowej i hydrofobowej, co powoduje, iż podczas mieszania się fazy wodnej z oleistą powstają struktury zwane odwróconymi micelami. To struktury sferyczne, w których wodnym jądrze znajdują się odcinki sondowego DNA a na zewnątrz, w fazie oleistej, hydrofobowe fragmenty sondy.
Kluczowa dla całego procesu reakcja dość prosta. Znajdujące się w roztworze wodnym poszukiwane DNA łączy się na zasadzie komplementarności z „wyłapującym” oligonykleotydem sondy, który w początkowej fazie znajduje się również w roztworze wodnym. Kiedy dochodzi do mieszania się faz dwuniciowe już DNA zostaje zamknięte we wnętrzu miceli i przechodzi do fazy oleistej. Niekomplementarne oligonukleotydy nie zostaną przyłączone do sondy, a więc pozostaną w roztworze wodnym. Błędy wynikające z mutacji są nieliczne i sięgają od 2% do 6%. Istotne jest również to, iż wydajność metody jest bardzo wysoka; osiąga 60%.
Według japońskiej grupy naukowców kierowanej przez Maruyame, opracowanie techniki produkcji oczyszczonego DNA na masową skalę ma ogromne znaczenie. W bliskiej przyszłości mają one stanowić narzędzie analityczne, jak również będą mogły być stosowane w postaci leku.
Konieczne jest jeszcze dopracowanie techniki. Nie wiadomo dokładnie jakie czynniki i w jakim stopniu wpływają na wydajność procesu. Istotną kwestią jest również dostosowanie nowej technologii do ekstrakcji kwasu RNA.
Źródło: Chemical Science, "A perfect partner for DNA extraction", 25. 09.2007