Elektricitetens roll i biologiska processer är lika viktig som sin roll i teknik, och den utnyttjas till vetenskaplig användning på ett antal subtila och intressanta sätt. En teknik som används allmänt inom biokemi är elektrofores, användningen av en elektrisk ström för att manipulera proteinmolekyler för en rad biomedicinska forsknings-, diagnostik- och tillverkningsändamål.
Hur processen fungerar
Organiska molekyler har ofta en positiv eller negativ laddning, vilket får dem att reagera på en elektrisk ström. Molekyler med positiv laddning migrerar mot fältets negativa pol, och molekyler med en negativ laddning migrerar mot den positiva polen. Molekyler med större laddning tenderar att flytta snabbare och resa längre medan laddningen tillämpas. De kommer emellertid också att dämpas av friktion, vilket i sin tur påverkas både av molekylens storlek och form och av det medium som används för testet. Genom att styra den elektriska strömmen och friktionen som tillhandahålls av testmediet kan forskare skapa förutsättningar som skiljer biomolekylerna effektivt, så att de kan isoleras och studeras. Det tillåter också forskare att identifiera skillnaderna mellan molekyler genom att observera hur mycket de påverkas av strömmen. Det är ett användbart verktyg med en rad experimentella och biomedicinska tillämpningar, men några är särskilt anmärkningsvärda.
DNA-analys
En ledande användning av elektrofores är i identifieringen och studien av DNA- och DNA-fragment . DNA är anmärkningsvärt för konsistensen av dess negativa laddning, vilket innebär att den elektriska strömmen tillämpar ungefär lika stor kraft som någon del av DNA. Under det trycket börjar större och mindre fragment av DNA att separera eftersom de kommer att påverkas olika genom friktion från testmediet. Mediet, vanligtvis en agarosgel eller en akrylamidgel "fryser" de separerade segmenten på plats när strömmen avlägsnas, vilket gör att de kan undersökas vid höga upplösningar. Färgämnen som etidiumbromid tillsätts ofta till gelén för att göra det enklare att se och tolka resultaten.
Protein och antikroppsinteraktioner
En annan vanlig form av elektrofores är immunoelektrofores, som analyserar närvaro och beteende hos vissa proteiner. Många medicinska tillstånd, inklusive multipel skleros, njursjukdom och vissa cancerformer resulterar i skapandet av onormala proteinmolekyler. Dessa kan detekteras genom att utföra elektrofores på urin eller blodprover och titta på eventuella variationer från normala mängder och typer av protein. Immunoelektrofores kan också användas för att detektera specifika proteiner som kallas immunoglobuliner, vilka fungerar som antikroppar. Dessa är en del av kroppens immunförsvar och attackerar främmande proteiner, som virus eller allergener. Analysera dessa antikroppar kan hjälpa till att identifiera nya terapier för att behandla dessa inkräktare och ger också insikt i förhållanden som allergier och autoimmuna störningar, vilket kan vara en följd av funktionsfel.
Testa antibiotika
Elektrofores spelar ett tal av roller i testningen av antibiotika. En av de vanligaste är att testa renheten hos ett antibiotikum. Genom att applicera elektrofores till en lösning innehållande antibiotikumet i form av en pappersremsa impregnerad med antibiotikumet eller en kapillär - ett mycket tunt rör - fyllt med lösningen, kan forskare skilja mellan antibiotikumet själv och några föroreningar. De kan också bestämma hur koncentrerad antibiotikan är, vilket är avgörande för att tillämpa korrekta doser. Antibiotisk forskning sträcker sig in i genetisk testning, identifierande gener som kan indikera motstånd mot specifika antibiotika.
Testning av vaccin
Som med antibiotika är elektrofores användbar både för skapande och produktion av vacciner. Syftet med ett vaccin är att hjälpa kroppen att skapa antikroppar mot en potentiellt farlig patogen, och elektrofores är en användbar metod för att detektera dessa antikroppar. Forskare kan använda tekniken för att jämföra effekten av ett vaccin eller flera versioner av ett vaccin över ett stort antal testämnen eller andra variabler. När ett vaccin är i produktion, ger elektrofores också ett snabbt och effektivt sätt att testa produktionsbatcherna för konsistens och renhet.
