Ett internationellt forskarlag under ledning av Michal Hocek från Institutet för organisk kemi och biokemi vid Tjeckiska vetenskapsakademin (IOCB Prag) och Charles University och Ciara K. O'Sullivan vid Universitat Rovira i Virgili (URV) i Spanien har utvecklat en roman metod för att märka DNA, som i framtiden kan användas för sekvensering av DNA med hjälp av elektrokemisk detektion. Forskarna presenterade sina resultat i Journal of the American Chemical Society .

En DNA-molekyl består av fyra grundläggande byggstenar, nukleotider. Den genetiska informationen som bärs i molekylen bestäms av nukleotidernas ordning. Kunskap om ordningen på dessa byggstenar, som är känd som DNA-sekvensen, är nödvändigt för sjukdomsdiagnostik och rättsmedicinsk DNA-analys, till exempel. Trots de senaste årens stora framsteg, nuvarande DNA-sekvenseringsmetoder, vanligtvis baserat på fluorescerande märkning, är fortfarande tidskrävande och relativt dyra tekniker, som har vissa begränsningar. Därför, forskare söker intensivt efter nya metoder för att förenkla och påskynda sekvensering.

Ett lovande tillvägagångssätt är användningen av elektrokemisk detektion och så kallade redoxmärkningar, som är föreningar som kan oxideras eller reduceras på elektroder. Ett multidisciplinärt team av forskare från IOCB Prag, URV, naturvetenskapliga fakulteten vid Charles University, den polska vetenskapsakademin, och Institutet för biofysik vid den tjeckiska vetenskapsakademin, med studenterna David Kodr och Cansu Pinar Yenice som första författare, har nu lyckats designa och syntetisera artificiella nukleotider med speciella fästa redoxmärkningar som kan oxideras på en guld- eller kolelektrod vid en specifik potential för att producera en mätbar och analytiskt användbar signal. Dessa etiketter är karboraner, burstrukturer som består av bor och kolatomer, i vilka andra metallatomer kan införlivas, som järn eller kobolt, påverkar deras resulterande elektrokemiska egenskaper.

De modifierade nukleotiderna har konstruerats så att enzymet DNA-polymeras, som använder tillgängliga nukleotidbyggstenar för att bygga DNA i en cell, kan införliva dem i en nysyntetiserad DNA-sträng. Således, forskarna har lyckats förbereda en DNA-sträng som består av modifierade nukleotider. På samma gång, var och en av de fyra typerna av nukleotid bär sin egen unika märkning som möjliggör dess efterföljande identifiering. Och däri låg projektets primära fallgrop; tills nu, forskare hade alltid bara lyckats märka och mäta en, högst två, typer av redoxmärkta nukleotider i en enkel DNA-sträng.

Eftersom var och en av de modifierade nukleotiderna bär sin egen märkning, som under elektrokemisk detektion ger en specifik oxidationssignal vid varierande potentialer, de individuella typerna av nukleotider kan särskiljas. Dessutom, storleken på varje signal beror på antalet kopior av den givna nukleotiden i DNA:t, vilket sedan gör det möjligt att snabbt bestämma den relativa representationen av enskilda nukleotider i det uppmätta DNA:t.

Den nyutvecklade elektrokemiska kodningen av DNA-baser erbjuder en rad fördelar, som enklare och mer prisvärd instrumentering och snabbare analys. Metoden lovar för DNA-sekvensering och diagnostiska tillämpningar samt för utveckling av nya DNA-chips.