Ett fragment av en enkel DNA-sträng, uppbyggd av nukleobaserna cytosin och guanin, kan tryckas i en polymer – detta har visats av kemister från Warszawa, Denton och Milan. Det resulterande konstgjorda negativa, med rekordlång längd, fungerar kemiskt som en normal sträng av deoxiribonukleinsyra. Denna prestation bekräftar äntligen möjligheten att skapa polymeravtryck av DNA, funktionellt motsvarar DNA-fragment innehållande alla fyra nukleobaserna.

För ett och ett halvt år sedan, en polsk-amerikansk-italiensk grupp forskare skapade ett kemiskt DNA-negativt med hjälp av molekylär prägling. Molekylära håligheter, genererad i en noggrant designad polymer, betedde sig kemiskt precis som en riktig DNA-sträng (komplementär till den som används för prägling). Den första oligomeren "intryckt" i polymeren var kort, bestående endast av sex adenin- och tyminnukleobaser som bildar TATAAA-sekvensen. För närvarande, en grupp från Institutet för fysikalisk kemi vid den polska vetenskapsakademin (IPC PAS) i Warszawa, leds av professor Wlodzimierz Kutner och samarbetar med University of North Texas i Denton (USA) och University of Milan (Italien), har tagit nästa steg. I journalen ACS tillämpade material och gränssnitt , forskarna har presenterat processen att konstruera ett negativt fragment av en enkel DNA-sträng som innehåller de andra nukleobaserna:cytosin och guanin.

"Oligonukleotiden som nu är präglad i polymeren är något längre än den som beskrivs i vår tidigare publikation. det här handlade inte om att slå rekord. Viktigast, det var för att visa att den molekylära präglingsmetoden kan användas för att bygga stabila negativ av oligonukleotider som innehåller alla nukleobaser i deoxiribonukleinsyra, säger Prof Kutner.

Varje DNA-molekyl är ett band vridet till en helix, gjord av två långa, permanent anslutna trådar. En enda sträng består av nukleotider med flera repetitioner, som var och en innehåller en av nukleobaserna:adenin (A), guanin (G), cytosin (C) eller tymin (T). Eftersom adeninet som finns på en sträng är komplementärt till tymin på den andra, och guanin till cytosin, på basis av en enkel DNA-sträng är det lätt att rekonstruera dess komplementära partner. Denna mekanism ökar inte bara varaktigheten av registreringen av den genetiska koden, men tillåter också att det transkriberas från DNA till RNA i transkriptionsprocessen, vilket är det första steget i proteinsyntesen.

"DNA-molekyler är väldigt långa; om de skulle rätas ut, de skulle ha en längd mätt i centimeter. Under normala förhållanden, det dubbelsträngade DNA:t är dock, vridna och lindade på olika sätt. Det är inte bara omöjligt att prägla en sådan rumsligt komplicerad struktur i polymeren. men det är inte heller meningsfullt, eftersom olika molekyler av samma DNA kan vridas på olika sätt. Därför, i regel, under dubbelsträngad DNA-testning, dess strängar separeras först, och skär sedan i fragment innehållande från flera till flera dussin nukleotider. Det är då möjligt att försöka trycka in dessa fragment av denna längd i polymeren, " förklarar Dr. Agnieszka Pietrzyk-Le (IPC PAS).

För att prägla molekylerna i polymeren, de införs i en lösning av monomerer, eller "byggstenar, " av vilken den framtida polymeren ska bildas. En del av monomererna väljs så att de själva sätter ihop sig runt molekylerna som präglas. Blandningen polymeriseras sedan elektrokemiskt. Denna elektropolymerisation resulterar i en tunn, härdad film av en polymer, varifrån de präglade molekylerna sedan extraheras. På det här sättet, en polymer erhålls med molekylära håligheter som matchar de ursprungliga molekylerna inte bara i storlek och form, men även deras lokala kemiska egenskaper.

"I vår senaste forskning, vi har visat att det är möjligt att inpränta GCGGCGGC-oligonukleotiden i polymeren, dvs en som innehåller åtta nukleobaser. Denna oligomer är genetiskt signifikant. Dess närvaro, bland andra, ökar sannolikheten för neurodegenerativa sjukdomar, " förklarar doktorand Katarzyna Bartold (IPC PAS).

Den första polymernegativa, med en präglad adenin-tymin-oligomer, var helt selektiv, det vill säga endast de TATAAA-molekyler som tidigare använts för att framställa polymeren kunde komma in i molekylhåligheterna. I den för närvarande syntetiserade polymeren, guanin-cytosinhålorna är också mycket selektiva, men denna selektivitet lämnar fortfarande mycket övrigt att önska. Om oligonukleotiden som fångas upp från lösningen skiljer sig endast med en bas från GCGGCGGC-oligonukleotiden som används för prägling, kaviteten kanske inte märker denna skillnad. Forskare tillskriver detta beteende till bindningar mellan guanin och cytosin starkare än de mellan adenin och tymin.

"Intressant, i vissa avseenden verkar vårt DNA-negativa ha bättre egenskaper än den naturliga DNA-strängens. Den sanna DNA-strängen har nukleotidkärnor som är elektriskt negativt laddade, vilket gör att molekylerna stöter bort varandra i lösning. Kemister måste därför neutralisera denna laddning genom att till exempel, införa positiva natriumjoner. Våra molekylära kaviteter är redan elektriskt neutrala. Därför, med vår polymera DNA-analog, vi eliminerar ett steg i forskningen:neutralisering, " konstaterar Dr Pietrzyk-Le.

Inom en snar framtid, forskare avser att förfina den utvecklade tekniken, prägling av allt längre fragment av DNA, så att oligonukleotider som består av åtminstone ett dussin eller så nukleotider kan kartläggas. Polymerfilmer med så långa molekylära kaviteter skulle möjliggöra konstruktion av effektiva detektorer av genetiskt viktiga DNA-fragment. Detta skulle vara möjligt eftersom massan av polymeren med håligheter fyllda med oligomerer som fångas upp från testlösningen ökar, polymerens elektriska ledningsförmåga förändras också, och ändringar i dessa parametrar kan lätt upptäckas. I framtiden, en annan tillämpning skulle också vara möjlig. Polymerfilmer med präglade DNA-fragment och molekylära hålrum fyllda med dessa fragment kommer att kunna användas för att studera nya läkemedel riktade mot genetiska sjukdomar.