Rekordowo długi polimerowy odcisk DNA

O wynikach badań poinformowali przedstawiciele Instytutu Chemii Fizycznej PAN w przesłanym PAP komunikacie. Osiągnięcie - zdaniem autorów komunikatu - ostatecznie potwierdza możliwość tworzenia polimerowych odcisków DNA, funkcjonalnie odpowiadających fragmentom DNA zawierającym wszystkie cztery zasady nukleinowe.

Każda cząsteczka DNA to skręcona w helisę wstęga, zbudowana z dwóch długich, trwale ze sobą połączonych nici. Pojedynczą nić tworzą wielokrotnie powtarzające się nukleotydy, z których każdy zawiera jedną zasadę nukleinową: adeninę (A), guaninę (G), cytozynę (C) lub tyminę (T).

Pierwszy oligomer „odciśnięty” w polimerze był krótki, składał się tylko z sześciu zasad adeninowych i tyminowych tworzących ciąg TATAAA. Obecnie grupa z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (IChF PAN) w Warszawie, kierowana przez prof. dr. hab. Włodzimierza Kutnera i współpracująca z University of North Texas w Denton (USA) i University of Milan (Włochy), zrobiła kolejny krok. Na łamach czasopisma „ACS Applied Materials & Interfaces” (https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.8b09296) naukowcy przedstawili proces konstruowania negatywowego fragmentu pojedynczej nici DNA, zawierającego pozostałe zasady nukleinowe: cytozynę i guaninę (była to kombinacja GCGGCGGC).

„Oligonukleotyd, odciśnięty teraz w polimerze, jest nieco dłuższy od opisanego przez nas w poprzedniej publikacji. Nie chodziło tu jednak o bicie rekordów. Najważniejsze było wykazanie, że metodą wdrukowywania molekularnego można budować trwałe negatywy oligonukleotydów zawierających wszystkie zasady nukleinowe wchodzące w skład cząsteczki kwasu deoksyrybonukleinowego” - mówi prof. Kutner.

„Cząsteczki DNA są bardzo długie; gdyby je rozprostować, miałyby długość mierzoną w centymetrach. W normalnych warunkach dwuniciowa wstęga DNA jest jednak powyginana i pozwijana na różne sposoby. Odciśnięcie tak skomplikowanej przestrzennie struktury w polimerze nie tylko nie jest możliwe, ale też nie ma sensu, ponieważ różne cząsteczki tego samego DNA mogą być zwinięte w różny sposób. Dlatego z reguły podczas badań dwuniciowego DNA jego nici najpierw się rozdziela, a następnie tnie na kawałki zawierające od kilku do kilkudziesięciu nukleotydów. Fragmenty tej długości można już próbować odcisnąć w polimerze” - tłumaczy dr Agnieszka Pietrzyk-Le (IChF PAN).

W komunikacie IChF PAN wyjaśniono, że aby odcisnąć cząsteczki w polimerze, wprowadza się je do roztworu monomerów, czyli „cegiełek”, z których powstanie przyszły polimer. Część monomerów dobiera się w taki sposób, aby samoczynnie układały się wokół wdrukowywanych cząsteczek. Mieszaninę poddaje się następnie elektropolimeryzacji. W jej wyniku powstaje cienka, utwardzona warstwa polimeru, z którego następnie usuwa się wdrukowane cząsteczki. Tak otrzymuje się polimer z lukami molekularnymi dopasowanymi do oryginalnych cząsteczek nie tylko pod względem wielkości i kształtu, ale nawet ich lokalnych właściwości chemicznych.

Pierwszy polimerowy negatyw, z odciśniętym oligomerem adeninowo-tyminowym, był w pełni selektywny: w lukach molekularnych lokowały się wyłącznie cząsteczki TATAAA uprzednio zastosowane do przygotowania tego polimeru. W obecnie zsyntetyzowanym polimerze luki guaninowo-cytozynowe są także wysoce selektywne, ale ta selektywność wciąż pozostawia wiele do życzenia. Jeśli wychwytywany z roztworu oligonukleotyd różni się tylko jedną zasadą od oligonukleotydu GCGGCGGC użytego do wdrukowania, luka może tej różnicy nie zauważyć. Badacze przypisują to zachowanie silniejszemu wiązaniu guaniny z cytozyną niż adeniny z tyminą.

W najbliższym czasie naukowcy zamierzają udoskonalić opracowaną technikę, wdrukowując coraz dłuższe fragmenty DNA, tak by można było odwzorowywać oligonukleotydy składające się z przynajmniej kilkunastu nukleotydów. Warstwy polimerowe z tak długimi lukami molekularnymi umożliwiłyby konstruowanie efektywnych detektorów wykrywających ważne genetycznie fragmenty DNA. Byłoby to możliwe, ponieważ masa polimeru z lukami wypełnionymi oligomerami wychwyconymi z badanego roztworu się zwiększa, zmienia się też przewodnictwo elektryczne polimeru, a zmiany tych parametrów można łatwo wykryć. W przyszłości możliwe byłoby także inne zastosowanie. Warstwy polimerowe z odciśniętymi fragmentami DNA i lukami molekularnymi wypełnionymi tymi fragmentami będzie można stosować w badaniach nowych leków skierowanych przeciwko chorobom genetycznym.

PAP - Nauka w Polsce

lt/ zan/