Co to jest oligonukleotyd?
Oligonukleotyd to krótki łańcuch cząsteczek DNA lub RNA, który ma wiele zastosowań w biologii molekularnej i medycynie. Służy jako sonda do wykrywania chorób, infekcji wirusowych i identyfikacji genów w eksperymentach biologii molekularnej. Jest również stosowany jako starter w pewnego rodzaju sekwencjonowaniu DNA.
Aby zrozumieć oligonukleotyd, pomaga zrozumieć strukturę DNA. Cząsteczki DNA to bardzo długie cewki dwóch nici, zbudowane z czterech różnych nukleotydowych jednostek podstawowych, ułożonych w różnych rzędach. Każda jednostka ma komplementarną bazę, którą będzie wiązać, więc każda nić ma przeciwny zestaw wiążących ją zasad. Te zasady mogą tworzyć wiele różnych kombinacji i to właśnie kombinacja zasad daje kod genetyczny. DNA ulega transkrypcji w celu wytworzenia informacyjnego RNA (mRNA), który następnie ulega translacji w celu wytworzenia białek.
Oligonukleotydy są identyfikowane na podstawie ich długości łańcucha. Na przykład oligonukleotyd o długości dziesięciu zasad nukleotydowych byłby nazywany dziesięcioma merami . Są one na ogół syntetyzowane chemicznie, a rodzaj syntezy ogranicza długość łańcucha do mniej niż 60 zasad.
W rodzaju sekwencjonowania DNA znanego jako sekwencjonowanie dideoksy , oligonukleotydy są stosowane jako startery, dzięki czemu enzym, który wytwarza DNA, będzie miał szablon do pracy. Stosuje się jednoniciowy DNA, a oligonukleotyd, który jest komplementarny do nici DNA, syntetyzuje się za pomocą zautomatyzowanej maszyny. Polimeraza DNA, która syntetyzuje DNA, nadal dodaje się do startera i syntetyzuje przeciwną nić DNA od niego. Ta reakcja wytwarza dwuniciowy DNA.
Nowszym zastosowaniem oligonukleotydów jako starterów jest reakcja łańcuchowa polimerazy (PCR) stosowana do amplifikacji małych fragmentów DNA. Ta technika ma bardzo praktyczne zastosowania, na przykład w badaniach kryminalistycznych i testach na ojcostwo. Zrewolucjonizował także badania w medycynie i naukach biologicznych, ponieważ jest często wykorzystywany w eksperymentach inżynierii genetycznej.
Szereg sond oligonukleotydowych jest często stosowany do izolowania genów z biblioteki genów lub komplementarnych DNA (cDNA). Biblioteki cDNA składają się z dwuniciowego DNA, w którym jedna nić pochodzi od nici mRNA, a druga jest do niej komplementarna. Takie biblioteki mają tę zaletę, że nie mają luk, które często występują w genach wyższych organizmów.
Struktura genów wielu organizmów jest znana dzięki projektom sekwencjonowania i jest publicznie dostępna. Jeśli ktoś chce sklonować gen z innego organizmu, może zobaczyć, co wiadomo o genie w innych organizmach, i zaprojektować sondy na podstawie wspólnych obszarów w tych sekwencjach. Następnie naukowcy zsyntetyzowali szereg sond oligonukleotydowych, które uwzględniają możliwe zmiany we wspólnym obszarze. Przeszukują bibliotekę przy pomocy tych sond i szukają wiążących się oligonukleotydów. W ten sposób zidentyfikowano wiele genów.
Antysensowny oligonukleotyd zawiera pojedynczą nić RNA lub DNA, która jest dopełnieniem interesującej sekwencji. Po sklonowaniu konkretnego genu kodującego białko antysensowny RNA jest często stosowany do blokowania jego ekspresji przez wiązanie z mRNA, który by go zsyntetyzował. To pozwala badaczom określić wpływ na organizm, gdy nie wytwarza tego białka. Antysensowne oligonukleotydy są również opracowywane jako nowe rodzaje leków blokujących toksyczne RNA.
Mikroukłady są kolejnym obszarem, w którym oligonukleotydy były bardzo przydatne. Są to szklane szkiełka lub inna matryca, która ma plamy zawierające tysiące różnych sond DNA - w tym przypadku wykonanych z oligonukleotydów. Są to bardzo skuteczny sposób testowania zmian w wielu różnych genach jednocześnie. DNA wiąże się ze związkiem, który zmienia kolor lub fluoryzuje, jeśli komplementarny DNA wiąże się z nim, więc plamy zmieniają kolor, jeśli zachodzi reakcja z testowym DNA.
Niektóre z rzeczy, do których wykorzystywane są mikromacierze oligonukleotydowe, obejmują badania przesiewowe w kierunku chorób genetycznych. Na przykład istnieją małe sondy, które reprezentują aktywność genów biorących udział w raku piersi, BRCA1 i BRCA2 . Można dowiedzieć się, czy kobieta ma mutację w jednym z tych genów, i przeanalizować ją dalej, aby sprawdzić, czy ma predyspozycje do raka piersi.
Istnieje mikromacierz zwana ViroChip, która ma sondy dla około 20 000 genów z różnych zsekwencjonowanych wirusów, które zostały zsekwencjonowane. Wydzieliny ciała, takie jak flegma, można analizować za pomocą mikroukładu, który często może zidentyfikować rodzaj wirusa, na który zarażona jest dana osoba. Identyfikacja infekcji wirusowych może być dość trudna, ponieważ objawy są często podobne w przypadku różnych rodzajów wirusów.