Mezinárodní tým s českým vedením vyvinul novou metodu značení základních stavebních bloků DNA – takzvaných nukleotidů. Postup má mít v budoucnu využití pro sekvenování DNA pomocí eletrochemické detekce. Mohl by přispět k tomu, že proces bude rychlejší a levnější. Může se to vyplatit například při odhalování nových variant koronaviru.
Molekulu DNA tvoří čtveřice nukleotidů. Genetická informace, kterou tato molekula nese, je dána jejich pořadím. A právě znalost pořadí těchto bloků – neboli sekvence DNA – je nutná třeba při diagnostice dědičných nemocí, ale třeba i při forenzní analýze. I přes pokrok v tomto oboru jsou nyní využívané techniky pořád časově náročné, celkem drahé a narážejí i na jiná omezení.
Proto vědci hledají nové cesty – a jeden z nadějných přístupů je podle Ústavu organické chemie a biochemie Akademie věd ČR (ÚOCHB AV) právě využití elektrochemické detekce takzvaných redoxních značek. To jsou připojené sloučeniny, které lze oxidovat nebo redukovat na elektrodách.
Rozsáhlému týmu vědců vedenému Michalem Hockem se nyní podařilo navrhnout a vyrobit umělé nukleotidy, na kterých jsou přivěšeny speciální značky. Ty lze oxidovat na zlaté nebo uhlíkové elektrodě, přičemž poskytují měřitelný a tedy využitelný signál. Značkami jsou takzvané karborany, což jsou struktury z atomů boru a uhlíky, do kterých je možné začlenit další atomy kovů – třeba železa či kobaltu, což má dopad na výsledné elektrochemické vlastnosti.
K čemu takový výzkum je
Nově upravené nukleotidy jsou navrženy tak, aby je enzym DNA polymeráza, který v buňce staví DNA z dostupných stavebních bloků, začlenil do vytvářeného vlákna deoxyribonukleové kyseliny. Vědci tak dokázali připravit vlákno z upravených nukleotidů. Každý ze čtveřice nukleotidů má vlastní značku, která umožní jejich nález – což bylo hlavní úskalí projektu. Podle odborníků se totiž dosud dařilo označit či naměřit jeden či maximálně dva typy redoxně značených nukleotidů v jednom vlákně DNA.
Hocek řekl, že tým na výzkumu pracoval od roku 2007. „Takže docela dlouho. My jsme postupně vyvíjeli jednotlivé značky a už jsme jich mezitím několik publikovali. Ale teď se nám poprvé podařilo udělat, že všechny čtyři báze DNA mají každá svou značku, která je specifická a můžeme ji přečíst. V přítomnosti všech třech ostatních,“ zdůraznil vědec. Intenzita každého signálu je závislá na počtu kopií daného nukleotidu v DNA. To umožňuje rychle určit poměrné zastoupení jednotlivých nukleotidů v měřené deoxyribonukleové kyselině.
Využití oxidace na elektrodě při růstu napětí by podle Hocka v budoucnu mohlo vést k tomu, že místo současného používání drahých sekvenačních přístrojů by byl proces „miniaturizován“. A v důsledku toho i levněji prováděn na místech, kde by to bylo třeba, například u lékaře nebo v terénu. „My nejsme v tom stadiu, že bychom měli sekvenátory, které by automaticky sekvenovaly, ale přišli jsme na nový princip, který by se dal použít k sekvenaci na elektrochemickém principu,“ uzavřel vědec.
Studii o výzkumu publikoval prestižní časopis Journal of the American Chemical Society.
