Úspěch vědeckého týmu s českým vedením: podařilo se mu vyvinout novou metodu značení stavebních bloků DNA

Mezinárodní tým s českým vedením vyvinul novou metodu značení základních stavebních bloků DNA – tzv. nukleotidů. Postup má mít v budoucnu využití pro sekvenování neboli „čtení“ DNA pomocí elektrochemické detekce. Mohl by přispět k tomu, že proces bude rychlejší a levnější. O výzkumu informovali zástupci Ústavu organické chemie a biochemie Akademie věd ČR (ÚOCHB AV) v tiskové zprávě. Tým vedl vědec Michal Hocek, který na ÚOCHB působí. Studii o výzkumu publikoval prestižní časopis Journal of the American Chemical Society.

Molekulu DNA tvoří čtveřice nukleotidů. Genetická informace, kterou tato molekula nese, je dána jejich pořadím. A právě znalost pořadí těchto bloků – sekvence DNA – je podle ÚOCHB nutná třeba při diagnostice nemocí či při forenzní analýze DNA. I přes pokrok v metodách sekvenování DNA, jež se zpravidla zakládají na fluorescenčním značení nukleotidů, jsou však nyní využívané techniky pořád časově náročné, celkem drahé a narážejí i na jiná omezení.

Výpočet bilionu podob budoucnosti za sekundu. Nástup kvantových počítačů změní do pěti let obchodování na burze

7. 12. 2021 ▪ 3 min. čtení

Proto vědci hledají nové cesty – a jeden z nadějných přístupů je podle ústavu právě využití elektrochemické detekce a takzvaných redoxních značek. To jsou připojené sloučeniny, které lze oxidovat nebo redukovat na elektrodách. Rozsáhlému týmu vědců, vedenému Hockem, se nyní podařilo navrhnout a syntetizovat umělé nukleotidy, na kterých jsou přivěšeny speciální redoxní značky. Ty lze oxidovat na zlaté nebo uhlíkové elektrodě, přičemž poskytují měřitelný a analyticky využitelný signál. Značkami jsou karborany – struktury z atomů boru a uhlíky, do nichž je možné začlenit další atomy kovů – třeba železa či kobaltu, což má dopad na finální elektrochemické vlastnosti.

Nově upravené nukleotidy jsou navrženy tak, aby je enzym DNA polymeráza, který v buňce staví DNA z dostupných stavebních bloků, začlenil do vytvářeného vlákna DNA. Vědci tak dokázali připravit vlákno z upravených nukleotidů. Každý ze čtveřice nukleotidů má vlastní specifickou značku, která umožní jejich detekci – což bylo hlavní úskalí projektu. Podle odborníků se totiž dosud dařilo označit či naměřit jeden či maximálně dva typy redoxně značených nukleotidů v jednom vlákně DNA.

Hocek řekl, že tým na výzkumu pracoval od roku 2007. „Takže docela dlouho. My jsme postupně vyvíjeli jednotlivé značky a už jsme jich mezitím několik publikovali. Ale teď se nám poprvé podařilo udělat, že všechny čtyři báze DNA mají každá svou značku, která je specifická a můžeme ji přečíst. V přítomnosti všech třech ostatních,“ zdůraznil vědec. Intenzita každého signálu je závislá na počtu kopií daného nukleotidu v DNA. To umožňuje rychle určit poměrné zastoupení jednotlivých nukleotidů v měřené DNA.

Využití oxidace na elektrodě při růstu napětí by podle Hocka v budoucnu mohlo vést k tomu, že místo současného používání drahých sekvenačních přístrojů by byl proces „miniaturizován“. A v důsledku toho i levněji prováděn na místech, kde by to bylo třeba – například u lékaře nebo v terénu. „My nejsme v tom stadiu, že bychom měli sekvenátory, které by automaticky sekvenovaly, ale přišli jsme na nový princip, který by se dal použít k sekvenaci na elektrochemickém principu,“ uzavřel vědec.

Na výzkumu spolupracovali vědci z ÚOCHB, španělské univerzity Rovira i Virgili, Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy, Biofyzikálního ústavu AV a Polské akademie věd. Hlavními autory studie jsou student David Kodr a studentka Cansu Pinar Yenice.