De rol van elektriciteit in biologische processen is net zo belangrijk als zijn rol in technologie en wordt op een aantal subtiele en interessante manieren ingezet voor wetenschappelijk gebruik. Een techniek die veel wordt gebruikt in de biochemie is elektroforese, het gebruik van een elektrische stroom om eiwitmoleculen te manipuleren voor een reeks biomedische onderzoeks-, diagnostische en productiedoeleinden.
Hoe het proces werkt

Organische moleculen hebben vaak een positieve of negatieve lading, waardoor ze reageren op een elektrische stroom. Moleculen met een positieve lading migreren naar de negatieve pool van het veld, en moleculen met een negatieve lading migreren naar de positieve pool. Moleculen met een grotere lading neigen sneller te bewegen en reizen verder terwijl de lading wordt toegepast. Ze worden echter ook vertraagd door wrijving, die op zijn beurt wordt beïnvloed door de grootte en de vorm van het molecuul en door het medium dat voor de test wordt gebruikt. Door de elektrische stroom en de wrijving van het testmedium te regelen, kunnen onderzoekers omstandigheden creëren die biomoleculen efficiënt scheiden, zodat ze kunnen worden geïsoleerd en bestudeerd. Het stelt onderzoekers ook in staat om de verschillen tussen moleculen te identificeren door te observeren hoeveel ze worden beïnvloed door de stroom. Het is een handig hulpmiddel met een scala aan experimentele en biomedische toepassingen, maar een paar zijn vooral opmerkelijk.
DNA-analyse

Een toonaangevend gebruik van elektroforese is bij de identificatie en studie van DNA- en DNA-fragmenten. DNA is opmerkelijk vanwege de consistentie van de negatieve lading, wat betekent dat de elektrische stroom ongeveer dezelfde kracht uitoefent op elk deel van het DNA. Onder die druk beginnen grotere en kleinere DNA-fragmenten te scheiden omdat ze anders worden beïnvloed door wrijving van het testmedium. Het medium, meestal een agarosegel of een acrylamidegel "bevriest" de gescheiden segmenten op hun plaats wanneer de stroom wordt verwijderd, waardoor ze met hoge resoluties kunnen worden onderzocht. Kleurmiddelen zoals ethidiumbromide worden vaak aan de gel toegevoegd om het gemakkelijker te maken de resultaten te zien en te interpreteren.
Eiwit- en antilichaaminteracties

Een andere veel voorkomende vorm van elektroforese is immuno-elektroforese, die de aanwezigheid en het gedrag analyseert van bepaalde eiwitten. Veel medische aandoeningen, waaronder multiple sclerose, nierziekte en sommige vormen van kanker leiden tot de vorming van abnormale eiwitmoleculen. Deze kunnen worden gedetecteerd door elektroforese uit te voeren op urine- of bloedmonsters en te letten op eventuele afwijkingen van de normale hoeveelheden en soorten eiwitten. Immuno-elektroforese kan ook worden gebruikt om specifieke eiwitten te detecteren, immunoglobulinen genaamd, die als antilichamen werken. Deze maken deel uit van het immuunsysteem van het lichaam en vallen vreemde eiwitten aan, zoals virussen of allergenen. Het analyseren van deze antilichamen kan helpen bij het identificeren van nieuwe therapieën om die indringers te behandelen en biedt ook inzicht in aandoeningen zoals allergieën en auto-immuunziekten, die kunnen voortvloeien uit slecht functionerende antilichamen.
Testen van antibiotica

Elektroforese speelt een aantal rollen in het testen van antibiotica. Een van de meest voorkomende is het testen van de zuiverheid van een antibioticum. Door elektroforese toe te passen op een oplossing die het antibioticum bevat in de vorm van een papieren strip geïmpregneerd met het antibioticum of een capillair - een zeer dunne buis - gevuld met de oplossing, kunnen onderzoekers onderscheid maken tussen het antibioticum zelf en eventuele onzuiverheden. Ze kunnen ook bepalen hoe geconcentreerd het antibioticum is, wat cruciaal is voor het toepassen van nauwkeurige doseringen. Antibioticumonderzoek strekt zich uit tot het domein van genetische testen, waarbij genen worden geïdentificeerd die kunnen wijzen op resistentie tegen specifieke antibiotica.
Vaccins testen

Net als bij antibiotica is elektroforese nuttig bij zowel de productie als de productie van vaccins. Het doel van een vaccin is om het lichaam te helpen antilichamen te genereren tegen een potentieel gevaarlijke ziekteverwekker, en elektroforese is een nuttige methode voor het detecteren van die antilichamen. Onderzoekers kunnen de techniek gebruiken om het effect van een vaccin of meerdere versies van een vaccin over een groot aantal proefpersonen of andere variabelen te vergelijken. Zodra een vaccin in productie is, biedt elektroforese ook een snelle en effectieve manier om productiebatches te testen op consistentie en zuiverheid.