Oligonukleotida adalah rantai pendek molekul DNA atau RNA yang memiliki banyak kegunaan dalam biologi molekuler dan kedokteran. Ini digunakan sebagai probe untuk menyaring penyakit, infeksi virus, dan untuk mengidentifikasi gen dalam eksperimen biologi molekuler. Ini juga digunakan sebagai primer dalam jenis sekuensing DNA.
Untuk memahami oligonukleotida, ada baiknya untuk memahami struktur DNA. Molekul DNA adalah gulungan yang sangat panjang dari dua untai, terbuat dari empat unit dasar nukleotida yang berbeda, diatur dalam urutan yang bervariasi. Setiap unit memiliki basa komplementer yang akan diikatnya, sehingga setiap untai memiliki himpunan basa yang berlawanan yang mengikatnya. Basa-basa ini dapat membentuk berbagai macam kombinasi yang berbeda, dan kombinasi basa inilah yang memberikan kode genetik. DNA ditranskripsi untuk menghasilkan messenger RNA (mRNA), yang kemudian diterjemahkan untuk menghasilkan protein.
Oligonukleotida diidentifikasi berdasarkan panjang rantainya. Misalnya, oligonukleotida yang panjangnya sepuluh nukleotida akan disebut sepuluh mer. Mereka umumnya disintesis secara kimia, dan jenis sintesis membatasi panjang rantai hingga kurang dari 60 basa.
Dalam jenis sekuensing DNA yang dikenal sebagai sekuensing dideoksi, oligonukleotida digunakan sebagai primer, sehingga enzim yang membuat DNA akan memiliki cetakan untuk bekerja. DNA untai tunggal digunakan, dan oligonukleotida yang melengkapi untai DNA disintesis menggunakan mesin otomatis. DNA polimerase yang mensintesis DNA terus menambahkan ke primer, dan mensintesis untai berlawanan DNA dari itu. Reaksi ini menghasilkan DNA untai ganda.
Penggunaan oligonukleotida yang lebih baru sebagai primer adalah dalam reaksi berantai polimerase (PCR) yang digunakan untuk mengamplifikasi fragmen kecil DNA. Teknik ini memiliki kegunaan yang sangat praktis, seperti dalam forensik dan pengujian paternitas. Ini juga merevolusi penelitian dalam kedokteran dan ilmu biologi, karena sering digunakan dalam eksperimen rekayasa genetika.
Serangkaian probe oligonukleotida sering digunakan untuk mengisolasi gen dari perpustakaan gen atau DNA komplementer (cDNA). Pustaka cDNA terdiri dari DNA untai ganda, di mana satu untai diturunkan dari untai mRNA dan yang lainnya melengkapinya. Perpustakaan semacam itu memiliki keuntungan bahwa mereka tidak memiliki celah yang sering ditemukan pada gen dari organisme yang lebih tinggi.
Struktur gen dari banyak organisme diketahui, karena proyek pengurutan, dan tersedia untuk umum. Jika seseorang ingin mengkloning gen dari organisme lain, dia dapat melihat apa yang diketahui tentang gen pada organisme lain, dan merancang probe berdasarkan area umum dalam urutan tersebut. Para peneliti kemudian memiliki serangkaian probe oligonukleotida yang disintesis yang memperhitungkan kemungkinan variasi di area umum. Mereka menyaring perpustakaan dengan probe tersebut dan mencari oligonukleotida yang mengikat. Banyak gen telah diidentifikasi dengan cara ini.
Oligonukleotida antisense mengandung untai tunggal RNA atau DNA yang merupakan pelengkap dari urutan yang diinginkan. Setelah pengkodean gen tertentu untuk protein telah dikloning, RNA antisense sering digunakan untuk memblokir ekspresinya dengan mengikat mRNA yang akan mensintesisnya. Hal ini memungkinkan peneliti menentukan efek pada organisme, ketika tidak membuat protein itu. Oligonukleotida antisense juga sedang dikembangkan sebagai jenis obat baru untuk memblokir RNA beracun.
Chip microarray telah menjadi area lain di mana oligonukleotida sangat bermanfaat. Ini adalah slide kaca, atau matriks lain, yang memiliki bintik-bintik yang mengandung ribuan probe DNA yang berbeda — dalam hal ini terbuat dari oligonukleotida. Mereka adalah cara yang sangat efisien untuk menguji perubahan dalam sejumlah gen yang berbeda sekaligus. DNA terikat pada senyawa yang berubah warna, atau berfluoresensi, jika DNA komplementer mengikatnya, sehingga bintik-bintik berubah warna jika ada reaksi dengan DNA uji.
Beberapa hal yang digunakan untuk mikroarray oligonukleotida termasuk skrining penyakit genetik. Misalnya, ada probe kecil yang mewakili aktivitas gen yang terlibat dalam kanker payudara, BRCA1 dan BRCA2. Adalah mungkin untuk mengetahui apakah seorang wanita memiliki mutasi pada salah satu gen ini, dan menganalisisnya lebih lanjut untuk melihat apakah dia memiliki kecenderungan untuk terkena kanker payudara.
Ada microarray yang disebut ViroChip yang memiliki probe untuk sekitar 20,000 gen dari berbagai virus patogen yang telah diurutkan. Sekresi tubuh, seperti dahak, dapat dianalisis dengan chip, yang seringkali dapat mengidentifikasi jenis virus apa yang menginfeksi seseorang. Mengidentifikasi infeksi virus bisa sangat sulit, karena gejalanya seringkali mirip dengan berbagai jenis virus.