Rychlá metoda množení DNA
Exponenciální DNA replikace za pomoci laminárního proudění - geniální věci bývají jednoduché.
V jádrech našich buněk jsou uloženy informace ve formě deoxyribonukleové kyseliny (DNA). Tato informace se při každém dělení buňky zmnožuje (replikuje), takže každá dceřinná buňka získává svojí vlastní kompletní chromozomální DNA výbavu.
Přibližně od roku 1980 vědci napodobují proces ke kterému dochází při množení buněk a daří se jim zmnožovat DNA v laboratorních podmínkách. K množení úseků DNA se používá enzym polymeráza. Aby enzym mohl spustit proces množení, je nejprve nutné dvoušroubovici DNA (tvořenou dvěma spletenými vlákny) rozplést na dvě jednotlivá vlákna. Rozpletení vláken je kupodivu jednoduché. Postačí zvýšit teplotu roztoku ve které se DNA vyskytuje na teplotu, která se blíží bodu varu. Tato rozvolněná vlákna DNA slouží jako matrice. Podle rozvolněných vláken enzym polymeráza začne sestavovat kopievláken. Je třeba dodat volné nukleotidy (stavební kameny DNA) a směs nechat mírně zchladnout. Enzym polymeráza sestaví ke každému volnému vláknu jeho přesnou invertovanou kopii, a z každého jednoho původního vlákna, které sloužilo jako matrice se s novým vláknem vytvoří dvoušroubovice. Po jednom cyklu zahřátí a zchlazení tedy máme z každého jednoho původního vlákna vlákna dvě.
Opakujeme-li popsaný proces, roste nám množství DNA, kterou jsme do směsi vložili, geometrickou řadou. Přitom jsou všechny následné kopie přesnými kopiemi původních úseků DNA, které jsme v reakční směsi použili na začátku procesu.
Reakce kterou jsme zde popsali se nazývá polymerázová řetězová reakce a přístrojům ve kterých se tak děje se říká cykléry. Jsou to zařízení, která s velkou přesností opakují předem nastavený proces zahřívání a chlazení automaticky. I když se v přístrojích používají tenkostěnné zkumavky a technologie, která jejich obsah zahřívá rychle a také je následně rychle zchlazuje, má popsaný princip, vlivem tepelné setrvačnosti, určité technologické hranice.
Přibližně od roku 1980 vědci napodobují proces ke kterému dochází při množení buněk a daří se jim zmnožovat DNA v laboratorních podmínkách. K množení úseků DNA se používá enzym polymeráza. Aby enzym mohl spustit proces množení, je nejprve nutné dvoušroubovici DNA (tvořenou dvěma spletenými vlákny) rozplést na dvě jednotlivá vlákna. Rozpletení vláken je kupodivu jednoduché. Postačí zvýšit teplotu roztoku ve které se DNA vyskytuje na teplotu, která se blíží bodu varu. Tato rozvolněná vlákna DNA slouží jako matrice. Podle rozvolněných vláken enzym polymeráza začne sestavovat kopievláken. Je třeba dodat volné nukleotidy (stavební kameny DNA) a směs nechat mírně zchladnout. Enzym polymeráza sestaví ke každému volnému vláknu jeho přesnou invertovanou kopii, a z každého jednoho původního vlákna, které sloužilo jako matrice se s novým vláknem vytvoří dvoušroubovice. Po jednom cyklu zahřátí a zchlazení tedy máme z každého jednoho původního vlákna vlákna dvě.
Opakujeme-li popsaný proces, roste nám množství DNA, kterou jsme do směsi vložili, geometrickou řadou. Přitom jsou všechny následné kopie přesnými kopiemi původních úseků DNA, které jsme v reakční směsi použili na začátku procesu.
Reakce kterou jsme zde popsali se nazývá polymerázová řetězová reakce a přístrojům ve kterých se tak děje se říká cykléry. Jsou to zařízení, která s velkou přesností opakují předem nastavený proces zahřívání a chlazení automaticky. I když se v přístrojích používají tenkostěnné zkumavky a technologie, která jejich obsah zahřívá rychle a také je následně rychle zchlazuje, má popsaný princip, vlivem tepelné setrvačnosti, určité technologické hranice.
S revoluční technologií nyní přichází Dieter Braun z Rockefellerovy univerzity v New Yorku. Kdysi někdo řekl, že všechno geniální bývá jednoduché. Braunův tým takový nápad realizoval. Místo toho, aby zahřívali a ochlazovali reakční směs v miniaturních zkumavkách, provádí tuto reakci v komůrce. Jejich komůrka je pouhých 5 milimetrů široká. Není však zahřívána tak jako zkumavka celá, nýbrž pouze ve středu dna. Při tomto zahřívání se ve středu komůrky roztok s dvojvláknovou DNA rozvolní v jednotlivá vlákna a ty teplý proud je nese vzhůru. Samovolné proudění pak zanese jednovláknovou DNA k chladnějším stěnám kde směs začne klesat směrem ke dnu. Při postupném chladnutí začne enzym polymeráza syntetizovat druhé vlákno, a to se při dalším chladnutí spojí se svou matricí v dvoušroubovici. Ta je cirkulujícím proudem nasáta do středu komůrky, kde je zahřáta a celý cyklus se opakuje.
Proces množení DNA se tak ve srovnání s dosud používanou technikou „cyklérů“ čtyřikrát urychlí. Z jednoho vlákna se novou metodou dá připravit 100 000 kopií za méně než půl hodiny. Výzkumníci Rockefellerovy univerzity tvrdí, že jejich zařízení (komůrka) může být miniaturizována až na desetinu milimetru!
Dieter Braun svojí metodu nazval Exponenciální DNA replikace za pomoci laminárního proudění.
Pokud se parametry, které udává Braun potvrdí, dostanou lékaři do ruky mocný nástroj k rychlému a levnému provádění genetických testů. Také policie by byla schopna v kratším čase z nepatrného množství organické tkáně rychleji zjišťovat „kdo je vrah“. Na své by si přišli i chovatelé zvířat, těm by se zlevnily metody průkazu paternity a vyšetření plemeníků na skryté recesivní genetické vady….
Objev autor publikoval 9.října v časopise Physical Review Letters. Podrobnosti jsou uvedeny na adrese: http://www.dieterb.de/paperpdfs/Braun_etal_Laminar_Convective_PCR.pdf
Autor: Josef Pazdera
Datum: 20.10.2003 06:00
Diskuze:
