En oligonukleotid är en kort kedja av DNA- eller RNA-molekyler som har många användningsområden inom molekylärbiologi och medicin. Den används som en sond för att screena för sjukdomar, virusinfektioner och för att identifiera gener i molekylärbiologiska experiment. Den används också som en primer i en typ av DNA-sekvensering.
För att förstå en oligonukleotid hjälper det att förstå strukturen av DNA. DNA-molekyler är mycket långa spolar av två strängar, gjorda av fyra olika nukleotidbasenheter, ordnade i olika ordningsföljder. Varje enhet har en komplementär bas som den kommer att binda, så varje sträng har en motsatt uppsättning baser som binder den. Dessa baser kan bilda en stor variation av olika kombinationer, och det är kombinationen av baser som ger den genetiska koden. DNA transkriberas för att producera budbärar-RNA (mRNA), som sedan översätts för att producera proteiner.
Oligonukleotider identifieras genom sin kedjelängd. Till exempel skulle en oligonukleotid som är tio nukleotidbaser lång kallas en tio mer. De syntetiseras i allmänhet kemiskt, och typen av syntes begränsar kedjelängden till mindre än 60 baser långa.
I en typ av DNA-sekvensering som kallas dideoxisekvensering, används oligonukleotider som en primer, så att enzymet som gör DNA:t kommer att ha en mall att arbeta utifrån. Enkelsträngat DNA används och en oligonukleotid som är komplementär till DNA-strängen syntetiseras med hjälp av en automatiserad maskin. DNA-polymeraset som syntetiserar DNA fortsätter att läggas till primern och syntetiserar den motsatta DNA-strängen från den. Denna reaktion producerar dubbelsträngat DNA.
En nyare användning av oligonukleotider som primrar är i polymeraskedjereaktionen (PCR) som används för att amplifiera små fragment av DNA. Denna teknik har mycket praktiska användningsområden, till exempel vid rättsmedicin och faderskapstestning. Det har också revolutionerat forskningen inom medicin och biologiska vetenskaper, eftersom det ofta används i gentekniska experiment.
En serie oligonukleotidsonder används ofta för att isolera gener från ett bibliotek av gener eller komplementära DNA (cDNA). cDNA-bibliotek består av dubbelsträngat DNA, i vilket en sträng härrör från en mRNA-sträng och den andra är komplementär till den. Sådana bibliotek har fördelen att de inte har de luckor som ofta finns i gener från högre organismer.
Strukturen av gener från många organismer är känd, på grund av sekvenseringsprojekt, och är allmänt tillgänglig. Om man vill klona en gen från en annan organism kan man se vad som är känt om genen i andra organismer, och designa sönder baserat på gemensamma områden i de sekvenserna. Forskare har sedan syntetiserat en serie oligonukleotidsonder som tar hänsyn till möjliga variationer i det gemensamma området. De screenar biblioteket med dessa sönder och letar efter oligonukleotider som binder. Många gener har identifierats på detta sätt.
En antisens-oligonukleotid innehåller en enkel sträng av RNA eller DNA som är komplementet till en sekvens av intresse. När en viss gen som kodar för ett protein har klonats, används antisens-RNA ofta för att blockera dess uttryck genom att binda till det mRNA som skulle syntetisera det. Detta låter forskare bestämma effekterna på organismen när den inte gör det proteinet. Antisensoligonukleotider utvecklas också som nya typer av läkemedel för att blockera toxiska RNA.
Mikroarraychips har varit ett annat område där oligonukleotider har varit av stor användbarhet. Dessa är objektglas, eller någon annan matris, som har fläckar som innehåller tusentals olika DNA-sonder – i det här fallet gjorda av oligonukleotider. De är ett mycket effektivt sätt att testa för förändringar i ett antal olika gener samtidigt. DNA:t är bundet till en förening som ändrar färg, eller fluorescerar, om komplementärt DNA binder till det, så fläckarna ändrar färg om det sker en reaktion med test-DNA:t.
Några av de saker som oligonukleotidmikroarrayer används för inkluderar screening för genetiska sjukdomar. Till exempel finns det små sonder som representerar aktiviteten hos gener som är involverade i bröstcancer, BRCA1 och BRCA2. Det är möjligt att ta reda på om en kvinna har en mutation i någon av dessa gener, och analysera den vidare för att se om hon har anlag för bröstcancer.
Det finns en mikroarray som kallas ViroChip som har sonder för cirka 20,000 XNUMX gener från olika patogena virus som har sekvenserats. Kroppssekret, såsom slem, kan analyseras med chipet, vilket ofta kan identifiera vilken typ av virus en person är infekterad med. Att identifiera virusinfektioner kan vara ganska svårt, eftersom symptomen ofta är lika med olika typer av virus.