«В датчиках, которые мы разработали, используется светопоглощающий полимер для усиления флуоресцентного сигнала красителя, который излучает свет только тогда, когда он связывается между двумя совпадающими частями ДНК», — сказал Мирча Котлет, физико-химик из Брукхейвенского центра функциональных наноматериалов. который руководил исследованием, а также является адъюнкт-профессором Университета Стоуни-Брук. По словам Котлета, система достаточно чувствительна, чтобы обнаруживать отдельные несоответствия между основаниями, составляющими «ступеньки» молекулы двойной спирали ДНК с витой лестницей, что делает ее очень специфичной и не дает ложных срабатываний.Кроме того, этот метод является быстрым и не требует дорогостоящего оборудования, только обычного лабораторного флуориметра.
Он имеет высокий потенциал для полевого развертывания для быстрого анализа улик с места преступления и для более грамотного и быстрого реагирования на угрозы биотерроризма.ДНК, покажись!
Идея использования светящихся красителей для обнаружения последовательностей ДНК не нова. Но обнаружение недорогого флуоресцентного красителя, который вставляется между каждой комплементарной парой оснований молекулы ДНК — и использование светопоглощающего / излучающего полимера для усиления флуоресцентного сигнала без необходимости дополнительной химической маркировки — делает подход Брукхейвена большим прорывом.
«Краситель, который мы используем, в сотни раз дешевле, чем популярные коммерческие интеркалирующие красители», — сказал Чжунвэй Лю, аспирант из Университета Стоуни-Брук, работавший с Котлетом и первый автор статьи. Несвязанная молекула зеленого цвета поглощает красный свет, но не излучает свет. «Но когда он внедряется в углубления ДНК, краситель становится флуоресцентным.
И пока это единственный краситель, который может так плотно интеркалировать с ДНК, что означает, что ровно одна молекула красителя связывается между каждой комплементарной парой оснований двойника ДНК. helix »- совпадения TA и GC, составляющие генетический код.Это означает, что сила флуоресцентного сигнала напрямую зависит от того, сколько молекул красителя связано — и насколько точно неизвестный образец ДНК соответствует цепи зонда, используемой для тестирования. Как только возникает несоответствие, даже на одной «ступеньке» лестницы ДНК, молекула красителя не связывается, и сигнал ослабевает. Два несовпадения приводят к пропорциональному падению мощности сигнала и так далее. «Это дает нам большой диапазон для обнаружения несоответствия последовательностей», — сказал Котлет.
Чтобы усилить эти сигналы, ученые добавляют сопряженный полимер. Эти светопоглощающие материалы используются для сбора солнечного света в солнечных элементах, «но мы также можем сделать их водорастворимыми и совместимыми с биомолекулами, такими как ДНК», — сказал Котлет.Полимеры, используемые в этом исследовании, были синтезированы Син-Лин Ван, сотрудником Лос-Аламосской национальной лаборатории Министерства энергетики США. Полимеры, использованные в этом исследовании, были функционализированы боковыми цепями, которые несут положительный заряд, что позволяет им естественным образом связываться с отрицательно заряженной ДНК посредством электростатических взаимодействий. «Полимер обертывает спираль ДНК и следует по ней», — сказал Котле. «Эта конфигурация приближает полимер к молекулам красителя, связанным с ДНК, а также увеличивает способность полимера поглощать и излучать свет.
Оба эти фактора помогают передавать энергию интеркалированной красителем ДНК и повышают чувствительность биосенсор, — сказал Котле.Итак, если ученые хотят знать, идентичны ли два фрагмента ДНК — скажем, известная последовательность из спор сибирской язвы и один из подозрительного на вид белого порошка — все, что им нужно сделать, это смешать образцы, краситель и полимер в пробирку, включите свет, и пусть результаты засияют сами собой.
Конечно, в этом случае они надеялись бы не увидеть свет!