Vad är en oligonukleotid?
En oligonukleotid är en kort kedja av DNA- eller RNA-molekyler som har många användningsområden inom molekylärbiologi och medicin. Det används som en sond för att screena för sjukdomar, virusinfektioner och för att identifiera gener i molekylärbiologiska experiment. Det används också som en primer i en typ av DNA-sekvensering.
För att förstå en oligonukleotid, hjälper det att förstå DNA-strukturen. DNA-molekyler är mycket långa spolar av två strängar, gjorda av fyra olika nukleotidbasenheter, arrangerade i olika ordningar. Varje enhet har en komplementär bas som den kommer att binda, så varje tråd har en motsatt uppsättning baser som binder den. Dessa baser kan bilda en stor variation av olika kombinationer, och det är kombinationen av baser som ger den genetiska koden. DNA transkriberas för att producera budbärar-RNA (mRNA), som sedan översätts till att producera proteiner.
Oligonukleotider identifieras genom deras kedjelängd. Till exempel skulle en oligonukleotid som är tio nukleotidbaser lång kallas tio mer . De syntetiseras i allmänhet kemiskt, och typen av syntes begränsar kedjelängden till mindre än 60 baser lång.
I en typ av DNA-sekvensering känd som dideoxysekvensering används oligonukleotider som en primer, så att enzymet som gör DNA kommer att ha en mall att arbeta utifrån. Ensträngat DNA används och en oligonukleotid som är komplementär till DNA-strängen syntetiseras med användning av en automatiserad maskin. DNA-polymeraset som syntetiserar DNA fortsätter att lägga till primern och syntetiserar den motsatta DNA-strängen från den. Denna reaktion producerar dubbelsträngat DNA.
En nyare användning av oligonukleotider som primrar är i polymeraskedjereaktionen (PCR) som används för att förstärka små fragment av DNA. Denna teknik har mycket praktiska användningsområden, t.ex. vid kriminaltekniker och faderskapstest. Det har också revolutionerat forskning inom medicin och biologiska vetenskaper, eftersom det ofta används i gentekniska experiment.
En serie oligonukleotidprober används ofta för att isolera gener från ett bibliotek av gener eller komplementära DNA: er (cDNA). cDNA-bibliotek består av dubbelsträngat DNA, i vilket en sträng härrör från en mRNA-sträng och den andra är komplementär till den. Sådana bibliotek har fördelen att de inte har de luckor som ofta finns i gener från högre organismer.
Strukturen för gener från många organismer är känd på grund av sekvenseringsprojekt och är allmänt tillgänglig. Om man vill klona en gen från en annan organisme kan man se vad som är känt om genen i andra organismer, och utforma sonder baserat på vanliga områden i dessa sekvenser. Forskare har sedan en serie oligonukleotidprober syntetiserade som tar hänsyn till möjliga variationer i det gemensamma området. De screenar biblioteket med de sonderna och letar efter oligonukleotider som binder. Många gener har identifierats på detta sätt.
En antisense-oligonukleotid innehåller en enda sträng av RNA eller DNA som är komplementet till en sekvens av intresse. När en speciell gen som kodar för ett protein har klonats används antisense-RNA ofta för att blockera dess uttryck genom att binda till mRNA som skulle syntetisera det. Detta låter forskare bestämma effekterna på organismen, när den inte gör det proteinet. Antisense-oligonukleotider utvecklas också som nya typer av läkemedel för att blockera toxiska RNA.
Microarray chips har varit ett annat område där oligonukleotider har varit till stor nytta. Det här är glasglas, eller någon annan matris, som har fläckar som innehåller tusentals olika DNA-prober - i detta fall tillverkade av oligonukleotider. De är ett mycket effektivt sätt att testa för förändringar i ett antal olika gener på en gång. DNA är bundet till en förening som ändrar färg eller fluorescerar, om komplementärt DNA binder till det, så fläckarna ändrar färg om det finns en reaktion med test-DNA.
Några av de saker som oligonukleotid-mikroarrayer används för inkluderar screening för genetiska sjukdomar. Till exempel finns det små prober som representerar aktiviteten hos gener involverade i bröstcancer, BRCA1 och BRCA2 . Det är möjligt att ta reda på om en kvinna har en mutation i en av dessa gener och analysera den ytterligare för att se om hon har en predisposition för bröstcancer.
Det finns en mikroarray som kallas ViroChip som har sonder för cirka 20 000 gener från olika patogena virus som har sekvenserats. Kroppsutsöndringar, såsom slem, kan analyseras med chipet, som ofta kan identifiera vilken typ av virus en person är infekterad med. Det kan vara ganska svårt att identifiera virusinfektioner, eftersom symtomen ofta är lika med olika typer av virus.