En rekordlang polymer DNA negativ

Et fragment af en enkelt DNA-streng, bygget af nukleobaserne cytosin og guanin, kan præges i en polymer - dette er blevet vist af kemikere fra Warszawa, Denton og Milano. Det resulterende kunstige negative, med en rekordlang længde, fungerer kemisk som en normal streng af deoxyribonukleinsyre. Denne præstation bekræfter endelig muligheden for at skabe polymeraftryk af DNA, funktionelt svarende til DNA-fragmenter indeholdende alle fire nukleobaser.

For halvandet år siden, en polsk-amerikansk-italiensk gruppe forskere skabte et kemisk DNA-negativ ved hjælp af molekylær prægning. Molekylære hulrum, genereret i en omhyggeligt designet polymer, opførte sig kemisk ligesom en rigtig DNA-streng (komplementær til den, der blev brugt til prægning). Den første oligomer "indtrykt" i polymeren var kort, kun bestående af seks adenin- og thymin-nukleobaser, der danner TATAAA-sekvensen. I øjeblikket, en gruppe fra Institut for Fysisk Kemi ved det polske videnskabsakademi (IPC PAS) i Warszawa, ledet af professor Wlodzimierz Kutner og samarbejder med University of North Texas i Denton (USA) og University of Milan (Italien), har taget næste skridt. I journalen ACS anvendte materialer og grænseflader , forskerne har præsenteret processen med at konstruere et negativt fragment af en enkelt DNA-streng indeholdende de andre nukleobaser:cytosin og guanin.

"Oligonukleotidet, der nu er præget i polymeren, er lidt længere end det, der er beskrevet i vores tidligere publikation. det handlede ikke om at slå rekorder. Mest vigtigt, det skulle vise, at den molekylære prægningsmetode kan bruges til at bygge stabile negativer af oligonukleotider, der indeholder alle nukleobaserne i deoxyribonukleinsyre, " siger prof. Kutner.

Hvert DNA-molekyle er et bånd snoet til en helix, lavet af to lange, permanent forbundne tråde. En enkelt streng består af nukleotider med flere gentagelser, som hver indeholder en af ​​nukleobaserne:adenin (A), guanin (G), cytosin (C) eller thymin (T). Da adeninet på den ene streng er komplementært med thymin på den anden, og guanin til cytosin, på basis af en enkelt DNA-streng er det let at rekonstruere dens komplementære partner. Denne mekanisme øger ikke kun varigheden af ​​registreringen af ​​den genetiske kode, men også tillader det at blive transskriberet fra DNA til RNA i transkriptionsprocessen, som er den første fase af proteinsyntesen.

"DNA-molekyler er meget lange; hvis de skulle rettes ud, de ville have en længde målt i centimeter. Under normale forhold, det dobbeltstrengede DNA er, imidlertid, snoet og snoet på forskellige måder. Prægningen af ​​en sådan rumligt kompliceret struktur i polymeren er ikke kun umulig, men det giver heller ikke mening, fordi forskellige molekyler af det samme DNA kan snoes på forskellige måder. Derfor, som regel, under dobbeltstrenget DNA-test, dens tråde adskilles først, og derefter skåret i fragmenter indeholdende fra flere til flere dusin nukleotider. Det er så muligt at forsøge at indprente disse fragmenter af denne længde i polymeren, " forklarer Dr. Agnieszka Pietrzyk-Le (IPC PAS).

For at præge molekylerne i polymeren, de indføres i en opløsning af monomerer, eller "byggeklodser, " hvoraf den fremtidige polymer skal dannes. Nogle af monomererne er udvalgt således, at de selv samler sig omkring de molekyler, der præges. Blandingen polymeriseres derefter elektrokemisk. Denne elektropolymerisation resulterer i en tynd, hærdet film af en polymer, hvorfra de prægede molekyler så udvindes. På denne måde en polymer opnås med molekylære hulrum, der matcher de originale molekyler, ikke kun i størrelse og form, men selv deres lokale kemiske egenskaber.

"I vores seneste forskning, vi har vist, at det er muligt at indprente GCGGCGGC-oligonukleotidet i polymeren, dvs. en, der indeholder otte nukleobaser. Denne oligomer er genetisk signifikant. dens tilstedeværelse, blandt andre, øger sandsynligheden for neurodegenerative sygdomme, " forklarer Ph.D.-studerende Katarzyna Bartold (IPC PAS).

Den første polymer negative, med en påtrykt adenin-thymin-oligomer, var fuldt ud selektiv, det er kun de TATAAA-molekyler, der tidligere blev brugt til at fremstille polymeren, der kunne trænge ind i de molekylære hulrum. I den aktuelt syntetiserede polymer, guanin-cytosin-hulrummene er også meget selektive, men denne selektivitet lader stadig meget tilbage at ønske. Hvis oligonukleotidet, der fanges fra opløsningen, kun adskiller sig med én base fra GCGGCGGC-oligonukleotidet, der bruges til prægning, hulrummet bemærker muligvis ikke denne forskel. Forskere tilskriver denne adfærd bindinger mellem guanin og cytosin stærkere end dem mellem adenin og thymin.

"Interessant nok, i nogle henseender ser vores DNA-negative ud til at have bedre egenskaber end den naturlige DNA-strengs. Den sande DNA-streng har nukleotidkerner, der er elektrisk negativt ladede, hvilket får molekylerne til at frastøde hinanden i opløsning. Kemikere skal derfor neutralisere denne ladning ved, for eksempel, introduktion af positive natriumioner. Vores molekylære hulrum er allerede elektrisk neutrale. Derfor, ved hjælp af vores polymer DNA-analog, vi eliminerer én fase af forskningen:neutralisering, " bemærker Dr. Pietrzyk-Le.

I den nærmeste fremtid, forskere har til hensigt at forfine den udviklede teknik, prægning af stadig længere fragmenter af DNA, således at oligonukleotider bestående af mindst et dusin eller deromkring nukleotider kan kortlægges. Polymerfilm med så lange molekylære hulrum ville gøre det muligt at konstruere effektive detektorer af genetisk vigtige DNA-fragmenter. Dette ville være muligt, da massen af ​​polymeren med hulrum fyldt med oligomerer fanget fra testopløsningen stiger, polymerens elektriske ledningsevne ændres også, og ændringer i disse parametre kan let opdages. I fremtiden, en anden ansøgning ville også være mulig. Polymerfilm med påtrykte DNA-fragmenter og molekylære hulrum fyldt med disse fragmenter vil kunne bruges til at studere nye lægemidler rettet mod genetiske sygdomme.