Wat is een oligonucleotide?
Een oligonucleotide is een korte keten van DNA- of RNA-moleculen die veel toepassingen heeft in de moleculaire biologie en geneeskunde. Het wordt gebruikt als een sonde om te screenen op ziekten, virale infecties en om genen te identificeren in moleculaire biologie-experimenten. Het wordt ook gebruikt als een primer in een soort DNA-sequentiebepaling.
Om een oligonucleotide te begrijpen, helpt het om de structuur van DNA te begrijpen. DNA-moleculen zijn zeer lange spoelen van twee strengen, gemaakt van vier verschillende nucleotide-basiseenheden, gerangschikt in verschillende volgorde. Elke eenheid heeft een complementaire base die het zal binden, dus elke streng heeft een tegenovergestelde set basen die eraan binden. Deze basen kunnen een grote verscheidenheid aan verschillende combinaties vormen en het is de combinatie van basen die de genetische code geeft. DNA wordt getranscribeerd om boodschapper-RNA (mRNA) te produceren, dat vervolgens wordt vertaald om eiwitten te produceren.
Oligonucleotiden worden geïdentificeerd door hun ketenlengte. Een oligonucleotide die tien nucleotidebasen lang is, zou bijvoorbeeld een tien meer worden genoemd. Ze worden in het algemeen chemisch gesynthetiseerd en het type synthese beperkt de ketenlengte tot minder dan 60 basen lang.
In een type DNA-sequencing, bekend als dideoxy-sequencing , worden oligonucleotiden gebruikt als een primer, zodat het enzym dat het DNA maakt een sjabloon heeft om van te werken. Enkelstrengs DNA wordt gebruikt en een oligonucleotide dat complementair is aan de DNA-streng wordt gesynthetiseerd met behulp van een geautomatiseerde machine. De DNA-polymerase die het DNA synthetiseert, blijft aan de primer toevoegen en synthetiseert de tegenovergestelde DNA-streng ervan. Deze reactie produceert dubbelstrengs DNA.
Een recenter gebruik van oligonucleotiden als primers is in de polymerasekettingreactie (PCR) die wordt gebruikt om kleine fragmenten van DNA te amplificeren. Deze techniek heeft zeer praktisch gebruik, zoals in forensisch onderzoek en vaderschapstests. Het heeft ook een revolutie teweeggebracht in het onderzoek in de geneeskunde en de biologische wetenschappen, omdat het vaak wordt gebruikt in experimenten met genetische manipulatie.
Een reeks oligonucleotide-probes wordt vaak gebruikt om genen te isoleren uit een bibliotheek van genen of complementaire DNA's (cDNA's). cDNA-bibliotheken bestaan uit dubbelstrengs DNA, waarbij de ene streng is afgeleid van een mRNA-streng en de andere complementair is. Dergelijke bibliotheken hebben het voordeel dat ze niet de gaten hebben die vaak worden gevonden in genen van hogere organismen.
De structuur van genen van veel organismen is bekend vanwege sequencing-projecten en is publiek beschikbaar. Als men een gen van een ander organisme wil klonen, kan men zien wat er bekend is over het gen in andere organismen, en probes ontwerpen op basis van gemeenschappelijke gebieden in die sequenties. Onderzoekers hebben vervolgens een reeks oligonucleotide probes gesynthetiseerd die rekening houden met mogelijke variaties op het gemeenschappelijke gebied. Ze screenen de bibliotheek met die sondes en zoeken naar oligonucleotiden die binden. Veel genen zijn op deze manier geïdentificeerd.
Een antisense oligonucleotide bevat een enkele RNA- of DNA-streng die het complement is van een reeks van belang. Zodra een bepaald gen dat codeert voor een eiwit is gekloond, wordt antisense RNA vaak gebruikt om de expressie ervan te blokkeren door te binden aan het mRNA dat het zou synthetiseren. Hiermee kunnen onderzoekers de effecten op het organisme bepalen, wanneer het dat eiwit niet aanmaakt. Antisense-oligonucleotiden worden ook ontwikkeld als nieuwe soorten geneesmiddelen om toxische RNA's te blokkeren.
Microarray-chips zijn een ander gebied geweest waarin oligonucleotiden van groot nut zijn geweest. Dit zijn glazen objectglaasjes, of een andere matrix, met vlekken die duizenden verschillende DNA-probes bevatten - in dit geval gemaakt van oligonucleotiden. Ze zijn een zeer efficiënte manier om tegelijkertijd op veranderingen in een aantal verschillende genen te testen. Het DNA is gebonden aan een verbinding die van kleur verandert, of fluoresceert als complementair DNA eraan bindt, zodat de vlekken van kleur veranderen als er een reactie is met het test-DNA.
Sommige dingen waarvoor oligonucleotide microarrays worden gebruikt, omvatten screening op genetische ziekten. Er zijn bijvoorbeeld kleine probes die de activiteit vertegenwoordigen van genen die betrokken zijn bij borstkanker, BRCA1 en BRCA2 . Het is mogelijk om uit te zoeken of een vrouw een mutatie in een van deze genen heeft en deze verder te analyseren om te zien of ze een aanleg voor borstkanker heeft.
Er is een microarray genaamd de ViroChip die probes heeft voor ongeveer 20.000 genen van verschillende pathogene virussen waarvan de sequentie is bepaald. Lichaamssecreties, zoals slijm, kunnen worden geanalyseerd met de chip, die vaak kan identificeren met welk type virus een persoon is besmet. Het identificeren van virale infecties kan behoorlijk moeilijk zijn, omdat de symptomen vaak vergelijkbaar zijn met verschillende soorten virussen.