Een internationaal onderzoeksteam onder leiding van Michal Hocek van het Instituut voor Organische Chemie en Biochemie van de Tsjechische Academie van Wetenschappen (IOCB Praag) en Charles University en Ciara K. O'Sullivan van Universitat Rovira i Virgili (URV) in Spanje hebben een roman ontwikkeld methode voor het labelen van DNA, die in de toekomst kunnen worden gebruikt voor het sequencen van DNA door middel van elektrochemische detectie. De onderzoekers presenteerden hun resultaten in de Tijdschrift van de American Chemical Society .

Een DNA-molecuul bestaat uit vier basisbouwstenen, nucleotiden. De genetische informatie die in het molecuul wordt gedragen, wordt bepaald door de volgorde van de nucleotiden. Kennis van de volgorde van deze bouwstenen, die bekend staat als de DNA-sequentie, is noodzakelijk voor ziektediagnostiek en forensische DNA-analyse, bijvoorbeeld. Ondanks de grote vooruitgang in de afgelopen jaren, de huidige methoden voor DNA-sequencing, meestal gebaseerd op fluorescerende etikettering, zijn nog steeds tijdrovende en relatief dure technieken, die enkele beperkingen hebben. Daarom, wetenschappers zijn intensief op zoek naar nieuwe benaderingen om sequencing te vereenvoudigen en te versnellen.

Een veelbelovende aanpak is het gebruik van elektrochemische detectie en zogenaamde redoxlabels, dat zijn verbindingen die kunnen worden geoxideerd of gereduceerd op elektroden. Een multidisciplinair team van onderzoekers van IOCB Praag, URV, de Faculteit Wetenschappen van de Charles University, de Poolse Academie van Wetenschappen, en het Instituut voor Biofysica van de Tsjechische Academie van Wetenschappen, met studenten David Kodr en Cansu Pinar Yenice als eerste auteurs, is er nu in geslaagd om kunstmatige nucleotiden te ontwerpen en te synthetiseren met speciale aangehechte redoxlabels die kunnen worden geoxideerd op een goud- of koolstofelektrode met een specifiek potentieel om een ​​meetbaar en analytisch bruikbaar signaal te produceren. Deze labels zijn carboranen, kooistructuren bestaande uit boor- en koolstofatomen, waarin andere metaalatomen kunnen worden opgenomen, zoals ijzer of kobalt, hun resulterende elektrochemische eigenschappen beïnvloeden.

De gemodificeerde nucleotiden zijn zo gemanipuleerd dat het enzym DNA-polymerase, die beschikbare nucleotide-bouwstenen gebruikt om DNA in een cel te bouwen, kunnen ze opnemen in een nieuw gesynthetiseerde DNA-streng. Dus, de onderzoekers zijn erin geslaagd een DNA-streng te maken die gemodificeerde nucleotiden bevat. Tegelijkertijd, elk van de vier soorten nucleotiden draagt ​​zijn eigen unieke label dat de daaropvolgende identificatie mogelijk maakt. En daarin lag de voornaamste valkuil van het project; tot nu, onderzoekers waren er altijd maar in geslaagd om er één te labelen en te meten, hoogstens twee, soorten redox-gelabelde nucleotiden in een enkele DNA-streng.

Omdat elk van de gemodificeerde nucleotiden zijn eigen label draagt, die tijdens elektrochemische detectie een specifiek oxidatiesignaal geeft bij verschillende potentialen, de afzonderlijke typen nucleotiden kunnen worden onderscheiden. Bovendien, de grootte van elk signaal is afhankelijk van het aantal kopieën van het gegeven nucleotide in het DNA, wat het vervolgens mogelijk maakt om snel de relatieve representatie van individuele nucleotiden in het gemeten DNA te bepalen.

De nieuw ontwikkelde elektrochemische codering van DNA-basen biedt een scala aan voordelen, zoals eenvoudigere en meer betaalbare instrumentatie en snellere analyse. De methode is veelbelovend voor DNA-sequencing en diagnostische toepassingen en voor de ontwikkeling van nieuwe DNA-chips.