Sensor oparty na DNA wykrywa jony uranu

Marta Pieszko | 2007-02-24

Naukowcy z Uniwersytetu w Illinois stworzyli jednorazowego użytku, prosty sensor wykrywający niebezpieczne jony uranu, z dokładnością jaka konkuruje z innymi o wiele bardziej wyszukanymi instrumentami laboratoryjnymi. Zapewnia on szybki, miejscowy test szacujący zanieczyszczenie danego środowiska uranem. Wyniki ich pracy zostały opublikowane w The Proceedings of the National Academy of Science.

"Unikatową cechą naszego sensora uranu jest zawartość małych cząstek DNA, tych samych, które stanowią części składowe naszych genów" - powiedział Lu, profesor chemii kierujący zespołem, wykładający na University’s Beckman Institute for Advanced Science and Technology, oraz Center of Advanced Materials for the Purification of Water with Systems. "Nasz sensor łączy w sobie wysoką selektywność katalicznego DNA pod względem jonów metali z wysoką wrażliwością detekcji fluorescencyjnej."

Do ekspresji informacji zawartej w kwasach nukleinowych niezbędne są białka enzymatyczne. Jednak kwasy nukleinowe same mogą pełnić rolę katalizatorów. DNAzymy (deoksyrybozymy) katalizują reakcje bez kluczowej dla enzymów RNA (rybozymów) grupy 2*-OH. Podobnie jak w przypadku rybozymów, również dla aktywności DNAzymów konieczna jest obecność kofaktorów. DNAzymy są dla badaczy interesujące głównie ze względu na specyficzne mechanizmy ich działania. Jedną z ciekawych perspektyw praktycznego wykorzystania DNAzymów jest możliwość użycia syntetycznych DNA do katalizy reakcji, dla których nie ma naturalnych enzymów.

Podczas gdy większość DNA jest dwuniciowe, katalityczne DNA (DNAzymy), którego używali naukowcy profesora Lu posiadało region o pojedynczej nici, który ma możliwość zwijania się podobnie jak białko. Na tej pojedynczej nici naukowcy ukształtowali specyficzne miejsce łączenia – rodzaj kieszonki, która może przyjmować tylko określone jony metalu. W tym przypadku naukowcy zdecydowali się na wykrywanie grupy uranylowej (dwuwartościowa grupa funkcyjna złożona z atomu uranu(VI) i dwóch atomów tlenu), najbardziej rozpuszczalnego rodzaju jonów uranu oraz największego zagrożenia dla ludzkiego życia.

Sensor składa się z nici DNA z wygaszaczem 3* quencher) oraz substratu DNA z rybonukleotydową adenozyną (rA) po środku oraz fluorochromu i wygaszasza odpowiednio na 5* i 3* końcu. Obecność uranylu powoduje katalityczny rozpad nici DNA w pozycji rA i uwolnienie fluorochromu.

W celu wyszukania unikalnej sekwencji DNA, która pozwoliłaby odróżnić uranyl (grupa funkcyjna złożona z atomu uranu(VI) i dwóch atomów tlenu) od innych jonów metali, naukowcy użyli selekcji in vitro. Prosty i wydajny proces detekcji pozwala na przebadanie bardzo dużej liczby DNA ( ponad 1000 trilionów cząsteczek), namnożenie pożądanej sekwencji w procesie PCR oraz wprowadzenie mutacji w celu zwiększenia wydajności.

Naukowcy testowali sensor na ziemi zawierającej różne ilości uranu. Obecność uranu w glebie powodowała katalityczne rozszczepienie, rozpad DNA i uwolnienie flurochromu, czego rezultatem był radykalny wzrost intensywności fluorescencji.

W 2000 roku grupa naukowców pod kierunkiem prof. Lu użyła tego samego katalitycznego DNA w celu stworzenia prostego, lecz efektywnego sensora ołowiu. "Ostatni sukces wskazuje, że nasza metodologia może być stosowana do tworzenia opłacalnych, jak i o wysokiej selektywności i czułości czujników dla innych niebezpiecznych metali" - powiedział Lu. "Możemy również konstruować macierze sensorowe, które mogą wykrywać i określać ilościowo wiele rodzajów jonów metali jednocześnie."

Eurekalert!