Mini replikator DNA
Marta Pieszko | 2007-05-07
Naukowcy z USA stworzyli mini replikator DNA, narzędzie kieszonkowej wielkości, które działa na dwie baterie AA i replikuje DNA z wydajnością drogiego sprzętu laboratoryjnego.
Mini replikator nie ma części ruchomych a koszt jego produkcji wynosi tylko 10 dolarów. Przeprowadza on łańcuchową reakcje polimerazy (PCR) i tworzy biliony identycznych kopii nici DNA, w ciągu zaledwie 20 minut. To o wiele szybciej niż robią to obecnie wykorzystywane maszyny, gdzie trwa to parę godzin.
"Mam nadzieję, że zwiększy to dostępność reakcji PCR" - powiedział Victor Ugaz z Texas A&M University w Terasie, który stał na czele naukowców, którzy stworzyli mini replikator. Według niego umożliwi to przeprowadzanie opartych na DNA testów w warunkach polowych lub w krajach rozwijających się, gdzie duży sprzęt laboratoryjny nie jest ani praktyczny ani tani.
Metoda PCR pozwala w krótkim czasie na powielenie dowolnej ilości określonej sekwencji DNA. Wykorzystuje trzy podstawowe reakcje - denaturację DNA, hybrydyzację primerów (annealing) i syntezę DNA (elongacja), które są cyklicznie powtarzane. Termocykler jest aparatem, który umożliwia powtarzalność cykli w różnych temperaturach dla wyznaczonych odcinków czasu. Urządzenie wyposażone jest w blok grzejny z otworami na próbówki, w których przeprowadza się reakcję. Nowsze aparaty wyposażone są w ogrzewaną pokrywę, która podgrzewana jest do temperatury ponad 100 st. C. by zapobiec parowaniu w naczyniu reakcyjnym. Usprawnienie to wycofało konieczność stosowania olejku do PCR, którego warstewkę nalewano na wierzch mieszaniny reakcyjnej, w tym samym celu. Postępy w opracowaniu elementów chłodzących Peltiera, które zastąpiły używane początkowo chłodzenie wodą, przyniosły wyraźne skrócenie czasu trwania cyklu. Dalsze przyspieszenie umożliwia zastosowanie aparatów, w których cykle przebiegają w kapilarach, ponieważ objętości mogły zostać zredukowane z wcześniejszych 100µl do 10µl i mniej, a duża powierzchnia pozwala na szybką wymianę ciepła.
Przeprowadzanie reakcji PCR wymaga przeprowadzania reakcji w trzech różnych temperaturach. Najwyższa temperatura 95°C powoduje rozdzielenie się podwójnej nici DNA. Najniższa temperatura 60°C sprawia, że przyłączają się startery. Temperatura 72°C pozwala enzymowi na wydłużanie nici.
W nowym urządzeniu centymetrowej szerokości kapilara owinięta jest w orientacji pionowej wokół trzech metalowych prętów. Pręty wielkości baterii AA są utrzymywane w trzech różnych temperaturach. W tym układzie części rurki leżące najbliżej każdego bloku są ogrzewane inaczej. Pozwala to na przepływ płynu przez milimetrowej szerokości rurkę, tak więc DNA i składniki reakcji automatycznie trafiają w odpowiednią temperaturę wymaganą dla reakcji PCR. Zasada działania jest podobna do lampy lawowej, gdzie płyn znajdujący się niżej, na skutek rosnącej temperatury zmniejsza swą gęstość i podnosi się do góry, by po ochłodzeniu opaść na dno naczynia. A ponieważ replikator DNA jedynie ogrzewa trzy małe bloki metalu, wystarczą na to dwie baterie AA.
"To pokazuje, że można użyć prądów konwekcyjnych do przeprowadzenia reakcji PCR w zminiaturyzowanej formie" poweidział Samuel Sia z Columbia University w Nowym Yorku. "Urządzenie daje nadzieje na stworzenie wielu testów, włączając w to monitorowanie poziomu wirusa HIV w ludzkim ciele albo diagnozowanie gruźlicy. Obecnie istnieje wielkie zapotrzebowanie na całym świecie na testy oparte na DNA lub RNA."
Źródło:
NewScientist.com, by Mason Inman: "Mini DNA replicator could benefit world*s poor", 01 May 2007