Hvad er et oligonukleotid?
Et oligonukleotid er en kort kæde af DNA- eller RNA-molekyler, der har mange anvendelser inden for molekylærbiologi og medicin. Det bruges som en sonde til screening for sygdomme, virusinfektioner og til at identificere gener i molekylærbiologiske eksperimenter. Det bruges også som en primer i en type DNA-sekventering.
For at forstå et oligonukleotid hjælper det med at forstå strukturen af DNA. DNA-molekyler er meget lange spiraler af to strenge, lavet af fire forskellige nukleotidbaseenheder, arrangeret i forskellige ordener. Hver enhed har en komplementær base, den vil binde, så hver streng har et modsat sæt baser, der binder den. Disse baser kan danne en lang række forskellige kombinationer, og det er kombinationen af baser, der giver den genetiske kode. DNA transkriberes til produktion af messenger RNA (mRNA), som derefter oversættes til at producere proteiner.
Oligonukleotider identificeres ved deres kædelængde. For eksempel vil et oligonukleotid, der er ti nukleotidbaser lange, blive kaldt en ti mer . De syntetiseres generelt kemisk, og syntesetypen begrænser kædelængden til mindre end 60 baser lang.
I en type DNA-sekventering kendt som dideoxy-sekventering anvendes oligonukleotider som en primer, så det enzym, der fremstiller DNA'et, har en skabelon at arbejde ud fra. Enkeltstrenget DNA anvendes, og et oligonukleotid, der er komplementært til DNA-strengen, syntetiseres under anvendelse af en automatiseret maskine. Den DNA-polymerase, der syntetiserer DNA'et, fortsætter med at tilføje til primeren og syntetiserer den modsatte DNA-streng fra den. Denne reaktion producerer dobbeltstrenget DNA.
En nyere anvendelse af oligonukleotider som primere er i polymerasekædereaktionen (PCR), der bruges til at amplificere små fragmenter af DNA. Denne teknik har meget praktisk anvendelse, såsom i retsmedicin og faderskabstest. Det har også revolutioneret forskning inden for medicin og biologiske videnskaber, da det ofte bruges i genteknologiske eksperimenter.
En række oligonukleotidprober anvendes ofte til at isolere gener fra et bibliotek med gener eller komplementære DNA'er (cDNA'er). cDNA-biblioteker består af dobbeltstrenget DNA, hvor den ene streng er afledt af en mRNA-streng, og den anden er komplementær til den. Sådanne biblioteker har den fordel, at de ikke har de hulrum, der ofte findes i gener fra højere organismer.
Strukturen af gener fra mange organismer er kendt på grund af sekventeringsprojekter og er offentligt tilgængelig. Hvis man ønsker at klone et gen fra en anden organisme, kan man se, hvad der er kendt om genet i andre organismer, og designe sonder baseret på fælles områder i disse sekvenser. Forskere har derefter en række oligonukleotidprober syntetiseret, der tager højde for mulige variationer i det fælles område. De screener biblioteket med disse sonder og kigger efter oligonukleotider, der binder. Mange gener er blevet identificeret på denne måde.
Et antisense-oligonukleotid indeholder en enkelt streng RNA eller DNA, der er komplementet til en sekvens af interesse. Når et bestemt gen, der koder for et protein, er blevet klonet, bruges antisense-RNA ofte til at blokere dets ekspression ved binding til det mRNA, der ville syntetisere det. Dette lader forskere bestemme virkningerne på organismen, når den ikke fremstiller det protein. Antisense-oligonukleotider udvikles også som nye typer lægemidler til at blokere toksiske RNA'er.
Microarray-chips har været et andet område, hvor oligonukleotider har været til stor nytte. Dette er glasglas, eller en anden matrix, der har pletter, der indeholder tusinder af forskellige DNA-prober - i dette tilfælde lavet af oligonukleotider. De er en meget effektiv måde at teste for ændringer i en række forskellige gener på én gang. DNA'et er bundet til en forbindelse, der ændrer farve eller fluorescerer, hvis komplementært DNA binder til det, så pletterne ændrer farve, hvis der er en reaktion med test-DNA'et.
Nogle af de ting, som oligonukleotid-mikroarrays bruges til, inkluderer screening for genetiske sygdomme. For eksempel er der små prober, der repræsenterer aktiviteten af gener involveret i brystkræft, BRCA1 og BRCA2 . Det er muligt at finde ud af, om en kvinde har en mutation i en af disse gener, og analysere den yderligere for at se, om hun har en tilbøjelighed til brystkræft.
Der er en mikroarray kaldet ViroChip, der har sonder til ca. 20.000 gener fra forskellige patogene vira, der er blevet sekventeret. Kropsudskillelser, såsom slim, kan analyseres med chippen, som ofte kan identificere, hvilken type virus en person er inficeret med. Det kan være ret vanskeligt at identificere virale infektioner, da symptomerne ofte er ens med forskellige typer vira.