
Nová metoda značení DNA bází pro sekvenování
18. 05. 2021
Mezinárodní vědecký tým vedený Michalem Hockem z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR a Univerzity Karlovy a Ciarou K. O'Sullivan ze španělské University Rovira i Virgili vyvinul novou metodu značení DNA, kterou bude možné v budoucnu využít pro sekvenování DNA s využitím elektrochemické detekce. Vědci představili výsledky své práce v prestižním vědeckém časopisu Journal of American Chemical Society.
Molekula DNA se skládá ze čtyř základních stavebních bloků, nukleotidů. Genetická informace, kterou molekula nese, je dána pořadím nukleotidů. Znalost pořadí těchto stavebních bloků neboli sekvence DNA je nutná například při diagnostice onemocnění či při forenzní analýze DNA. Přes velký pokrok v metodách sekvenování DNA, které jsou většinou založené na fluorescenčním značení nukleotidů, jsou však tyto techniky stále časově náročné, relativně drahé a mají některé omezení. Proto vědci intenzivně hledají další možnosti, jak sekvenování zjednodušit a urychlit.
Jedním z nadějných přístupů je využití elektrochemické detekce a tzv. redoxních značek, což jsou připojené sloučeniny, které lze oxidovat nebo redukovat na elektrodách. Rozsáhlému týmu vědců z ÚOCHB, URV, Přírodovědecké fakulty UK, Polské akademie věd a Biofyzikálního ústavu AV ČR, se studenty Davidem Kodrem a Cansu Pinar Yenice jako prvními autory, se nyní podařilo navrhnout a syntetizovat umělé nukleotidy, na nichž jsou přivěšeny speciální redoxní značky, které lze oxidovat na zlaté nebo uhlíkové elektrodě při specifickém potenciálu, přičemž poskytují měřitelný a analyticky využitelný signál. Těmito značkami jsou karborany, klecovité struktury vytvořené z atomů boru a uhlíku, do nichž mohou být začleněny další atomy kovů, např. železa či kobaltu, které ovlivňují jejich výsledné elektrochemické vlastnosti.
Nově upravené nukleotidy byly navrženy tak, aby je enzym DNA polymeráza, který v buňce staví DNA z dostupných stavebních bloků, začlenil do nově vytvářeného vlákna DNA. Vědci tak byli schopni připravit vlákno DNA sestávající z upravených nukleotidů. Každý ze čtyř typů nukleotidů přitom nese vlastní odlišnou značku, umožňující jejich následnou detekci. Právě to bylo hlavní úskalí celého projektu. Až dosud se totiž vědcům dařilo označit a naměřit vždy pouze jeden či maximálně dva typy redoxně značených nukleotidů v jednom vlákně DNA.
Díky tomu, že každý z upravených nukleotidů nese vlastní značku projevující se v elektrochemické detekci specifickým signálem oxidace při různém potenciálu, je možné jednotlivé typy nukleotidů odlišit. Velikost každého signálu je navíc závislá na počtu kopií daného nukleotidu v DNA, což umožňuje také rychle určit poměrné zastoupení jednotlivých nukleotidů v měřené DNA.
Nově vyvinuté elektrochemické kódování DNA bází přináší řadu výhod, jako je jednodušší a levnější instrumentace či rychlost analýzy. Metodika může najít uplatnění při sekvenování DNA, v diagnostice či může sloužit k vývoji nových DNA čipů.
Původní článek: Kodr, D.; Yenice, C. P.; Simonova, A.; Saftić, D. P.; Pohl, R.; Sýkorová, V.; Ortiz, M.; Havran, L.; Fojta, M.; Lesnikowski, Z. J.; O’Sullivan, C. K.; Hocek, M. Carborane- or Metallacarborane-Linked Nucleotides for Redox Labeling. Orthogonal Multipotential Coding of all Four DNA Bases for Electrochemical Analysis and Sequencing. Journal of the American Chemical Society 2021, 143, 7124-7134. https://doi.org/10.1021/jacs.1c02222
Kontakt:
Dušan Brinzanik
ÚOCHB - PR
dusan.brinzanik@uochb.cas.cz
731 609 271
Přečtěte si také
- Rozmanitost rostlin pomáhá ukládat uhlík do půdy – ale ne všude stejně
- Odolnost a (Ne)stabilita budou tématem konference Asociace pro paměťová studia
- Čeští vědci a inženýři se hlásí do evropského vesmírného programu
- Čeští vědci odkrývají záhadné ztráty nástrojů protivirové imunity u ptáků
- Výstava na zámku Vsetín přibližuje sesuvy nejen na Valašsku
- Unikátní způsob recyklace vzácných zemin může posílit surovinovou nezávislost
- Krása v detailu – Brno odhalí tajemství květů
- Hledání druhé Země – vesmírná mise PLATO sestavena, prožila milník v přípravě
- Kosmickému záření na nejvyšších energiích dominují těžké kovy
- Neobyčejná genetika obyčejných šípků – umí dělit lichý počet chromozomů
Aplikovaná fyzika
Vědecká pracoviště
- Ústav fotoniky a elektroniky AV ČR
Ústav fyziky materiálů AV ČR
Ústav fyziky plazmatu AV ČR
Ústav přístrojové techniky AV ČR
Ústav teoretické a aplikované mechaniky AV ČR
Ústav termomechaniky AV ČR
Základní fyzikální zákony jsou v ústavech této sekce východiskem pro výzkum nových struktur a makroskopických vlastností pevných látek, tekutin a plazmatu. Studium mikrostruktury a mikroprocesů otvírá cestu k řešení problémů „materiálových věd“, jako jsou např. vlastnosti kompozitních materiálů a konstrukcí, poruchová mechanika a dynamika nebo biomechanika. Modelování prostorově vysoce strukturovaného turbulentního proudění rozličných tekutin, výzkum dynamiky kapalin a plynů biosféry či plazmových technologií jsou často výrazně aplikačně orientované. Studium vysokoteplotního plazmatu se soustřeďuje především na pulsní výkonové systémy a problémy udržení a ohřevu plazmatu v tokamaku. Bádání v oblasti aplikované fyziky má často interdisciplinární charakter a jeho výsledky také nacházejí použití v nejrůznějších oblastech vědy a techniky. Například umělá syntéza přirozené a dobře srozumitelné české řeči je důležitým úkolem v oboru zpracování číslicových signálů. Unikátní přístroje a měřící techniky byly vyvinuty pro spektroskopii a elektronovou mikroskopii živých objektů. Sekce zahrnuje 6 ústavů s přibližně 920 zaměstnanci, z nichž je asi 580 vědeckých pracovníků s vysokoškolským vzděláním.