Biologia molekularna

Biologia molekularna: nauka o podstawach życia

Replikacja, transkrypcja, translacja to trzy słowa opisujące sposób, w jaki wygląd, funkcjonowanie i zachowanie każdej żywej istoty są kontrolowane przez niepozorne litery ATCG. Adenina, tymina, cytozyna i guanina to cztery zasady azotowe stanowiące budulec DNA każdego organizmu, od najprostszej bakterii po nas samych, Homo Sapiens.

Biologia molekularna nie zajmuje się wyłącznie DNA, RNA i biosyntezą białek, lecz także wyjaśnianiem procesów fizjologicznych i patofizjologicznych, a także umożliwia ich modyfikację. Od pierwszego prawdziwie biotechnologicznego procesu polegającego na produkcji ludzkiej insuliny w latach 80., przez nowoczesne immunoterapie i terapie celowane w onkologii, po terapie genowe pozwalające leczyć lub istotnie opóźniać przebieg ciężkich chorób wrodzonych, wszystko to byłoby nie do pomyślenia bez wiedzy i technik z zakresu biologii molekularnej.

Doskonałe wyniki wymagają optymalnych warunków

Dzięki nowym urządzeniom, materiałom, zestawom odczynników, procedury biologii molekularnej stały się szybsze i łatwiejsze do wykonania, a jednocześnie bardziej swoiste i czułe, m.in. w zakresie analiz RNA i DNA. Jednak bardzo niskie granice wykrywalności oznaczają, że nawet minimalne zanieczyszczenia mogą zafałszować uzyskiwane wyniki.

Techniki i zastosowania w biologii molekularnej

Arsenał biologii molekularnej obejmuje dziś cały zestaw narzędzi pozwalających śledzić przepływ informacji genetycznej od DNA, przez RNA, aż do białka, takich jak: reakcja łańcuchowa polimerazy (PCR), sekwencjonowanie, klonowanie, transfekcja i transformacja różnych typów komórek, wyciszanie RNA, eksperymenty hybrydyzacyjne i wiele innych.

Technologie i analityka RNA

W ostatnich latach RNA zyskało ogromne znaczenie jako biomarker, ponieważ wyraźnie poprawiły się możliwości jego amplifikacji, analizy i przygotowania. RNA znajduje dziś liczne zastosowania, m.in. w badaniach nad nowymi lekami, a także oferuje ogromny potencjał diagnostyczny.

Łatwo dostępnym źródłem RNA do analiz ekspresji genów jest krew obwodowa używana szczególnie w przypadkach, gdy niedostępna jest tkanka docelowa (np. mózg u pacjentów po udarze) lub nie wchodzi w grę wykonanie biopsji (jak u części pacjentów onkologicznych).

Jest to możliwe, jeśli dane geny wykazują zbliżony wzór ekspresji w krwi i w tkance docelowej, albo gdy do krwi uwalniane są transkrypty, jak w przypadku wielu nowotworów. W onkologii szczególnie interesujące może być porównanie ekspresji genów we krwi i w tkance., Klasyczna biopsja tkankowa pokazuje tylko niewielki wycinek guza, natomiast wyniki biopsji płynnej odzwierciedlają "przekrój" wszystkich komórek uwalniających RNA do krwi.

RNA można izolować z różnych rodzajów biopsji płynnych, w tym z krwi, moczu lub płynu mózgowo‑rdzeniowego, przy czym procedury te są zwykle znacznie mniej inwazyjne niż biopsje tkankowe. Sekwencjonowanie nowej generacji pozwala określić sekwencję RNA oraz profil ekspresji i wykorzystać je jako biomarkery. Umożliwia to scharakteryzowanie choroby, określenie odpowiedzi na przyjęty sposób leczenia oraz monitorowanie jego skuteczności.

Proteomika w badaniach i praktyce

Proteomika to interdyscyplinarna dziedzina z pogranicza biologii molekularnej i biochemii. Proteom opisuje ogół wszystkich białek występujących w organizmie. Szacuje się, że u człowieka może być ok. 80 000 różnych białek, a niektóre źródła mówią nawet o setkach tysięcy do około miliona wariantów.

Identyfikacja i wyjaśnienie funkcji tych białek stanowi ogromne wyzwanie. Tym bardziej, że pomimo stosunkowo "skromnej" liczby około 21 000 genów kodujących, ich produkty mogą występować w licznych izoformach, m.in. w wyniku alternatywnego składania (splicingu) mRNA, modyfikacji potranslacyjnych i innych procesów.

Podczas gdy genom jest w dużej mierze stały, proteom jest bardzo dynamiczny i nieustannie się zmienia, np. w odpowiedzi na warunki środowiskowe oraz bodźce wewnętrzne i zewnętrzne.

Diagnostyka molekularna: wymagania i zastosowania

Badania genetyczne w kierunku chorób dziedzicznych

Wiele chorób ma podłoże genetyczne lub jest uwarunkowanych genetycznie. Dotyczy to zarówno predyspozycji do określonych nowotworów, jak i anomalii chromosomowych i rzadkich schorzeń, takich jak anemia sierpowata, mukowiscydoza czy dystrofia mięśniowa Duchenne’a. W patogenezie często podstawową rolę odgrywają nasze własne geny.

Choroby genetyczne można identyfikować i charakteryzować za pomocą diagnostyki molekularnej. Wyniki mogą mieć znaczenie prognostyczne i terapeutyczne oraz odpowiadać na szereg pytań diagnostycznych.

SARSTEDT oferuje wysokiej jakości rozwiązania S-Monovette^® DNA Exact i S-Monovette^® cfDNA Exact umożliwiające skuteczną stabilizację DNA genomowego oraz swobodnie krążącego we krwi, zapewniając optymalną jakość próbki.

Praktyczne wskazówki dotyczące skutecznego przeprowadzania PCR

PCR stanowi podstawę wielu analiz biologii molekularnej. Chociaż sama zasada jest prosta, w praktyce istnieje kilka pułapek, których można stosunkowo łatwo uniknąć.