Hva er et oligonukleotid?
Et oligonukleotid er en kort kjede med DNA- eller RNA-molekyler som har mange bruksområder innen molekylærbiologi og medisin. Den brukes som en sonde for å screene for sykdommer, virusinfeksjoner og for å identifisere gener i molekylærbiologiske eksperimenter. Det brukes også som en primer i en type DNA-sekvensering.
For å forstå et oligonukleotid hjelper det å forstå strukturen til DNA. DNA-molekyler er veldig lange spoler av to tråder, laget av fire forskjellige nukleotidbaseenheter, anordnet i forskjellige rekkefølge. Hver enhet har en komplementær base som den vil binde, så hver streng har et motsatt sett av baser som binder den. Disse basene kan danne et stort utvalg av forskjellige kombinasjoner, og det er kombinasjonen av baser som gir den genetiske koden. DNA blir transkribert for å produsere messenger RNA (mRNA), som deretter blir oversatt til å produsere proteiner.
Oligonukleotider identifiseres etter kjedelengden. For eksempel vil et oligonukleotid som er ti nukleotidbaser lange, bli kalt en ti mer . De syntetiseres generelt kjemisk, og syntesen av typen begrenser kjedelengden til mindre enn 60 baser lang.
I en type DNA-sekvensering kjent som dideoxy sequencing , brukes oligonukleotider som en primer, slik at enzymet som lager DNA vil ha en mal å fungere fra. Enstrenget DNA brukes, og et oligonukleotid som er komplementært til DNA-strengen syntetiseres ved bruk av en automatisert maskin. DNA-polymerasen som syntetiserer DNA fortsetter å tilsette primeren, og syntetiserer den motsatte DNA-strengen fra den. Denne reaksjonen produserer dobbeltstrenget DNA.
En nyere bruk av oligonukleotider som primere er i polymerasekjedereaksjonen (PCR) som brukes til å amplifisere små fragmenter av DNA. Denne teknikken har svært praktiske bruksområder, for eksempel i rettsmedisiner og farskapstesting. Det har også revolusjonert forskning innen medisin og biologiske vitenskaper, siden den ofte brukes i gentekniske eksperimenter.
En serie oligonukleotidprober blir ofte brukt for å isolere gener fra et bibliotek med gener eller komplementære DNA (cDNA). cDNA-biblioteker består av dobbeltstrenget DNA, der den ene strengen er avledet fra en mRNA-streng, og den andre er komplementær til den. Slike biblioteker har fordelen at de ikke har hullene som ofte finnes i gener fra høyere organismer.
Strukturen til gener fra mange organismer er kjent på grunn av sekvenseringsprosjekter og er offentlig tilgjengelig. Hvis man ønsker å klone et gen fra en annen organisme, kan man se hva som er kjent om genet i andre organismer, og designe sonder basert på fellesarealer i de sekvensene. Forskere har deretter en serie oligonukleotidprober syntetisert som tar hensyn til mulige variasjoner på fellesområdet. De siterer biblioteket med de sonderne og ser etter oligonukleotider som binder seg. Mange gener er blitt identifisert på denne måten.
Et antisense oligonukleotid inneholder en enkelt streng RNA eller DNA som er komplementet til en sekvens av interesse. Når et bestemt gen som koder for et protein er klonet, brukes antisense-RNA ofte for å blokkere ekspresjonen ved å binde seg til mRNA som ville syntetisere det. Dette lar forskere bestemme virkningene på organismen, når den ikke lager det proteinet. Antisense oligonukleotider utvikles også som nye typer legemidler for å blokkere giftige RNA.
Microarray-brikker har vært et annet område der oligonukleotider har vært til stor nytte. Dette er glassbilder, eller en annen matrise, som har flekker som inneholder tusenvis av forskjellige DNA-prober - i dette tilfellet laget av oligonukleotider. De er en veldig effektiv måte å teste for forandringer i en rekke forskjellige gener på en gang. DNAet er bundet til en forbindelse som endrer farge, eller fluorescerer, hvis komplementært DNA binder seg til det, så flekkene endrer farge hvis det er en reaksjon med test-DNA.
Noen av tingene oligonukleotid-mikroarrayer brukes til inkluderer screening for genetiske sykdommer. For eksempel er det små sonder som representerer aktiviteten til gener involvert i brystkreft, BRCA1 og BRCA2 . Det er mulig å finne ut om en kvinne har en mutasjon i et av disse genene, og analysere den nærmere for å se om hun har en predisposisjon for brystkreft.
Det er en mikroarray kalt ViroChip som har sonder for omtrent 20 000 gener fra forskjellige sykdomsfremkallende virus som er blitt sekvensert. Kroppssekret, som slim, kan analyseres med brikken, som ofte kan identifisere hvilken type virus en person er smittet med. Å identifisere virusinfeksjoner kan være ganske vanskelig, siden symptomene ofte er like med forskjellige typer virus.