Что такое олигонуклеотид?

Олигонуклеотид - это короткая цепь молекул ДНК или РНК, которая широко используется в молекулярной биологии и медицине. Он используется в качестве зонда для выявления заболеваний, вирусных инфекций и выявления генов в экспериментах по молекулярной биологии. Он также используется в качестве праймера в типе секвенирования ДНК.

Чтобы понять олигонуклеотид, это помогает понять структуру ДНК. Молекулы ДНК представляют собой очень длинные спирали из двух нитей, состоящие из четырех различных нуклеотидных базовых звеньев, расположенных в разных порядках. У каждого подразделения есть дополнительная база, которую он будет связывать, поэтому каждая ветвь имеет противоположный набор баз, связывающих его. Эти основы могут образовывать множество различных комбинаций, и именно комбинация оснований дает генетический код. ДНК транскрибируется для получения РНК-мессенджера (мРНК), которая затем транслируется для производства белков.

Олигонуклеотиды идентифицируются по длине цепи. Например, олигонуклеотид, который имеет длину в десять нуклеотидных оснований, будет назван десятимерным . Они обычно синтезируются химически, и тип синтеза ограничивает длину цепи до менее чем 60 оснований.

В типе ДНК-секвенирования, известного как дидезокси-секвенирование , олигонуклеотиды используются в качестве праймера, так что фермент, который создает ДНК, будет иметь шаблон для работы. Используется одноцепочечная ДНК, и олигонуклеотид, который комплементарен цепи ДНК, синтезируется с использованием автоматического аппарата. ДНК-полимераза, которая синтезирует ДНК, продолжает добавляться к праймеру и синтезирует противоположную цепь ДНК от нее. Эта реакция производит двухцепочечную ДНК.

Более свежим использованием олигонуклеотидов в качестве праймеров является полимеразная цепная реакция (ПЦР), которая используется для амплификации небольших фрагментов ДНК. Этот метод имеет очень практическое применение, например, в криминалистике и тестировании отцовства Он также произвел революцию в исследованиях в области медицины и биологических наук, поскольку он часто используется в экспериментах по генной инженерии.

Серия олигонуклеотидных зондов часто используется для выделения генов из библиотеки генов или комплементарных ДНК (кДНК). Библиотеки кДНК состоят из двухцепочечной ДНК, в которой одна цепь происходит от цепи мРНК, а другая является комплементарной ей. Преимущество таких библиотек заключается в том, что они не имеют пробелов, которые часто встречаются в генах высших организмов.

Структура генов многих организмов известна благодаря проектам секвенирования и является общедоступной. Если кто-то хочет клонировать ген из другого организма, он может увидеть, что известно о гене в других организмах, и спроектировать зонды на основе общих областей в этих последовательностях. Затем исследователи получили серию синтезированных олигонуклеотидных зондов, которые учитывают возможные изменения в общей области. Они проверяют библиотеку с помощью этих зондов и ищут олигонуклеотиды, которые связываются. Многие гены были идентифицированы таким образом.

Антисмысловой олигонуклеотид содержит одну цепь РНК или ДНК, которая является комплементом интересующей последовательности. После того, как определенный ген, кодирующий белок, был клонирован, антисмысловая РНК часто используется для блокирования его экспрессии путем связывания с мРНК, которая его синтезирует. Это позволяет исследователям определять воздействие на организм, когда он не производит этот белок. Антисмысловые олигонуклеотиды также разрабатываются как новые типы лекарств для блокирования токсичных РНК.

Микрочиповые чипы были еще одной областью, в которой олигонуклеотиды были очень полезны. Это стеклянные предметные стекла или какая-то другая матрица, в которой есть пятна, содержащие тысячи различных ДНК-зондов - в данном случае из олигонуклеотидов. Это очень эффективный способ проверить изменения сразу нескольких генов. ДНК связывается с соединением, которое меняет цвет или флуоресцирует, если с ним связывается комплементарная ДНК, поэтому пятна изменяют цвет, если происходит реакция с тестируемой ДНК.

Некоторые из вещей, для которых используются олигонуклеотидные микрочипы, включают скрининг генетических заболеваний. Например, существуют небольшие зонды, которые представляют активность генов, вовлеченных в рак молочной железы, BRCA1 и BRCA2 . Можно выяснить, есть ли у женщины мутация в одном из этих генов, и проанализировать ее дальше, чтобы увидеть, есть ли у нее предрасположенность к раку молочной железы.

Существует микрочип под названием ViroChip, в котором есть зонды для примерно 20 000 генов из различных патогенных вирусов, которые были секвенированы. Секреции тела, такие как мокрота, можно анализировать с помощью чипа, который часто позволяет определить тип вируса, которым заражен человек. Выявление вирусных инфекций может быть довольно сложным, поскольку симптомы часто сходны с различными типами вирусов.