Een fragment van een enkele DNA-streng, opgebouwd uit de nucleobasen cytosine en guanine, kan worden bedrukt in een polymeer - dit is aangetoond door scheikundigen uit Warschau, Denton en Milaan. Het resulterende kunstmatige negatieve, met een recordlengte, functioneert chemisch als een normale streng desoxyribonucleïnezuur. Deze prestatie bevestigt eindelijk de mogelijkheid om polymere afdrukken van DNA te maken, functioneel overeenkomend met DNA-fragmenten die alle vier de nucleobasen bevatten.

Anderhalf jaar geleden, een Pools-Amerikaans-Italiaanse groep onderzoekers creëerde door middel van moleculaire imprinting een chemisch DNA-negatief. Moleculaire holtes, gegenereerd in een zorgvuldig ontworpen polymeer, gedroeg zich chemisch net als een echte DNA-streng (complementair aan degene die wordt gebruikt voor imprinting). Het eerste oligomeer dat in het polymeer "ingedrukt" was, was kort, bestaande uit slechts zes adenine- en thymine-nucleobasen die de TATAAA-sequentie vormen. Momenteel, een groep van het Instituut voor Fysische Chemie van de Poolse Academie van Wetenschappen (IPC PAS) in Warschau, onder leiding van professor Wlodzimierz Kutner en in samenwerking met de Universiteit van Noord-Texas in Denton (VS) en de Universiteit van Milaan (Italië), heeft de volgende stap gezet. In het journaal ACS toegepaste materialen en interfaces , de onderzoekers hebben het proces gepresenteerd van het construeren van een negatief fragment van een enkele DNA-streng die de andere nucleobasen bevat:cytosine en guanine.

"Het oligonucleotide dat nu in het polymeer is bedrukt, is iets langer dan dat beschreven in onze vorige publicatie. dit ging niet over het breken van records. Het belangrijkste is, het was om aan te tonen dat de moleculaire imprinting-methode kan worden gebruikt om stabiele negatieven te bouwen van oligonucleotiden die alle nucleobasen in deoxyribonucleïnezuur bevatten, " zegt prof. Kutner.

Elk DNA-molecuul is een lint dat in een helix is ​​gedraaid, gemaakt van twee lange, permanent verbonden strengen. Een enkele streng bestaat uit nucleotiden met meerdere herhalingen, die elk een van de nucleobasen bevatten:adenine (A), guanine (G), cytosine (C) of thymine (T). Aangezien de adenine die op de ene streng aanwezig is complementair is aan thymine aan de andere, en guanine naar cytosine, op basis van een enkele DNA-streng is het gemakkelijk om zijn complementaire partner te reconstrueren. Dit mechanisme verhoogt niet alleen de duurzaamheid van de registratie van de genetische code, maar zorgt er ook voor dat het tijdens het transcriptieproces van DNA naar RNA kan worden getranscribeerd, dat is de eerste fase van eiwitsynthese.

"DNA-moleculen zijn erg lang; als ze zouden worden rechtgetrokken, ze zouden een lengte hebben gemeten in centimeters. Onder normale omstandigheden, het dubbelstrengs DNA is, echter, op verschillende manieren gedraaid en opgerold. Het inprenten van zo'n ruimtelijk gecompliceerde structuur in het polymeer is niet alleen onmogelijk, maar heeft ook geen zin omdat verschillende moleculen van hetzelfde DNA op verschillende manieren kunnen worden gedraaid. Daarom, als een regel, tijdens dubbelstrengs DNA-testen, zijn strengen worden eerst gescheiden, en vervolgens in fragmenten gesneden die enkele tot enkele tientallen nucleotiden bevatten. Het is dan mogelijk om te proberen deze fragmenten van deze lengte in het polymeer in te drukken, " legt Dr. Agnieszka Pietrzyk-Le (IPC PAS) uit.

Om de moleculen in het polymeer te imprinten, ze worden ingebracht in een oplossing van monomeren, of "bouwstenen, " waaruit het toekomstige polymeer moet worden gevormd. Sommige van de monomeren zijn zo gekozen dat ze zichzelf rond de te printen moleculen vormen. Het mengsel wordt vervolgens elektrochemisch gepolymeriseerd. Deze elektropolymerisatie resulteert in een dunne, geharde film van een polymeer, waaruit vervolgens de ingeprinte moleculen worden geëxtraheerd. Op deze manier, een polymeer wordt verkregen met moleculaire holtes die overeenkomen met de oorspronkelijke moleculen, niet alleen in grootte en vorm, maar zelfs hun lokale chemische eigenschappen.

"In ons laatste onderzoek we hebben aangetoond dat het mogelijk is om het GCGGCGGC-oligonucleotide in het polymeer te imprinten, d.w.z. een die acht nucleobasen bevat. Dit oligomeer is genetisch significant. Zijn aanwezigheid, onder andere, verhoogt de kans op neurodegeneratieve ziekten, ", legt promovendus Katarzyna Bartold (IPC PAS) uit.

Het eerste polymeernegatief, met een bedrukt adenine-thymine-oligomeer, was volledig selectief, dat wil zeggen dat alleen de TATAAA-moleculen die eerder zijn gebruikt om het polymeer te bereiden, de moleculaire holtes kunnen binnendringen. In het momenteel gesynthetiseerde polymeer, de guanine-cytosine holtes zijn ook zeer selectief, maar deze selectiviteit laat nog veel te wensen over. Als het uit de oplossing gevangen oligonucleotide slechts één base verschilt van het GCGGCGGC-oligonucleotide dat wordt gebruikt voor het afdrukken, de holte merkt dit verschil mogelijk niet op. Onderzoekers schrijven dit gedrag toe aan bindingen tussen guanine en cytosine die sterker zijn dan die tussen adenine en thymine.

"Interessant, in sommige opzichten lijkt ons DNA-negatief betere eigenschappen te hebben dan die van de natuurlijke DNA-streng. De echte DNA-streng heeft nucleotidekernen die elektrisch negatief geladen zijn, waardoor de moleculen elkaar in oplossing afstoten. Chemici moeten deze lading daarom neutraliseren door, bijvoorbeeld, introductie van positieve natriumionen. Onze moleculaire holtes zijn al elektrisch neutraal. Daarom, met behulp van onze polymeer-DNA-analoog, we elimineren één fase van het onderzoek:neutralisatie, " merkt Dr. Pietrzyk-Le op.

In de nabije toekomst, onderzoekers zijn van plan de ontwikkelde techniek te verfijnen, het inprenten van steeds langere fragmenten van DNA, zodat oligonucleotiden bestaande uit ten minste een tiental nucleotiden in kaart kunnen worden gebracht. Polymeerfilms met zulke lange moleculaire holtes zouden het mogelijk maken om effectieve detectoren van genetisch belangrijke DNA-fragmenten te construeren. Dit zou mogelijk zijn omdat de massa van het polymeer met holten gevuld met oligomeren die uit de testoplossing zijn gevangen, toeneemt, de elektrische geleidbaarheid van het polymeer verandert ook, en veranderingen in deze parameters kunnen gemakkelijk worden gedetecteerd. In de toekomst, een andere toepassing zou ook mogelijk zijn. Polymeerfilms met ingeprinte DNA-fragmenten en moleculaire holtes gevuld met deze fragmenten zullen kunnen worden gebruikt om nieuwe medicijnen tegen genetische ziekten te bestuderen.