Che cos'è un oligonucleotide?
Un oligonucleotide è una catena corta di molecole di DNA o RNA che ha molti usi in biologia molecolare e medicina. È usato come sonda per lo screening di malattie, infezioni virali e per identificare i geni negli esperimenti di biologia molecolare. È anche usato come primer in un tipo di sequenziamento del DNA.
Per capire un oligonucleotide, aiuta a capire la struttura del DNA. Le molecole di DNA sono bobine molto lunghe di due fili, costituite da quattro diverse unità base nucleotidiche, disposte in vari ordini. Ogni unità ha una base complementare che vincolerà, quindi ogni filo ha una serie opposta di basi che la legano. Queste basi possono formare una grande varietà di combinazioni diverse ed è la combinazione di basi che fornisce il codice genetico. Il DNA viene trascritto per produrre RNA messaggero (mRNA), che viene poi tradotto per produrre proteine.
Gli oligonucleotidi sono identificati dalla loro lunghezza della catena. Ad esempio, un oligonucleotide lungo dieci basi nucleotidiche verrebbe chiamato dieci mer . Sono generalmente sintetizzati chimicamente e il tipo di sintesi limita la lunghezza della catena a meno di 60 basi.
In un tipo di sequenziamento del DNA noto come sequenziamento dideoxy , gli oligonucleotidi vengono utilizzati come primer, in modo che l'enzima che produce il DNA abbia un modello su cui lavorare. Viene utilizzato il DNA a singolo filamento e un oligonucleotide complementare al filamento di DNA viene sintetizzato utilizzando una macchina automatizzata. La DNA polimerasi che sintetizza il DNA continua ad aggiungersi sul primer e sintetizza il filamento opposto di DNA da esso. Questa reazione produce DNA a doppio filamento.
Un uso più recente di oligonucleotidi come primer è nella reazione a catena della polimerasi (PCR) che viene utilizzata per amplificare piccoli frammenti di DNA. Questa tecnica ha usi altamente pratici, come ad esempio nei test forensi e di paternità. Ha anche rivoluzionato la ricerca in medicina e nelle scienze biologiche, poiché viene spesso utilizzato negli esperimenti di ingegneria genetica.
Una serie di sonde oligonucleotidiche viene spesso utilizzata per isolare i geni da una libreria di geni o DNA complementari (cDNA). Le librerie di cDNA sono costituite da DNA a doppio filamento, in cui un filamento è derivato da un filamento di mRNA e l'altro è complementare ad esso. Tali biblioteche hanno il vantaggio di non avere le lacune che si trovano frequentemente nei geni di organismi superiori.
La struttura dei geni di molti organismi è nota, a causa di progetti di sequenziamento, ed è disponibile al pubblico. Se si desidera clonare un gene da un altro organismo, si può vedere cosa si sa del gene in altri organismi e progettare sonde basate su aree comuni in quelle sequenze. I ricercatori hanno quindi sintetizzato una serie di sonde oligonucleotidiche che tengono conto delle possibili variazioni nell'area comune. Esaminano la biblioteca con quelle sonde e cercano oligonucleotidi che si legano. Molti geni sono stati identificati in questo modo.
Un oligonucleotide antisenso contiene un singolo filamento di RNA o DNA che è il complemento di una sequenza di interesse. Una volta che un particolare gene che codifica per una proteina è stato clonato, l'RNA antisenso viene spesso usato per bloccare la sua espressione legandosi all'mRNA che lo sintetizzerebbe. Ciò consente ai ricercatori di determinare gli effetti sull'organismo quando non produce tale proteina. Gli oligonucleotidi antisenso vengono inoltre sviluppati come nuovi tipi di farmaci per bloccare gli RNA tossici.
I chip per microarray sono stati un'altra area in cui gli oligonucleotidi sono stati di grande utilità. Si tratta di vetrini, o di qualche altra matrice, che presentano macchie contenenti migliaia di sonde di DNA diverse, in questo caso fatte di oligonucleotidi. Sono un modo molto efficiente per testare i cambiamenti in una serie di geni diversi contemporaneamente. Il DNA è legato a un composto che cambia colore, o fluorescente, se il DNA complementare si lega ad esso, quindi le macchie cambiano colore se c'è una reazione con il DNA di prova.
Alcune delle cose per cui i microarrays di oligonucleotide sono usati includono lo screening per le malattie genetiche. Ad esempio, ci sono piccole sonde che rappresentano l'attività dei geni coinvolti nel carcinoma mammario, BRCA1 e BRCA2 . È possibile scoprire se una donna ha una mutazione in uno di questi geni e analizzarla ulteriormente per vedere se ha una predisposizione per il cancro al seno.
Esiste un microarray chiamato ViroChip che ha sonde per circa 20.000 geni da vari virus patogeni che sono stati sequenziati. Le secrezioni corporee, come il catarro, possono essere analizzate con il chip, che spesso può identificare il tipo di virus con cui una persona è infettata. Identificare le infezioni virali può essere piuttosto difficile, poiché i sintomi sono spesso simili a diversi tipi di virus.