Зміст
Роль електроенергії в біологічних процесах настільки ж важлива, як і її роль у технології, і її застосовують для наукового використання багатьма тонкими та цікавими способами. Однією з методик, що широко використовується в біохімії, є електрофорез, використання електричного струму для маніпулювання білковими молекулами для цілей ряду біомедичних досліджень, діагностики та виробництва.
Як працює процес
Органічні молекули часто мають позитивний чи негативний заряд, через що вони реагують на електричний струм. Молекули з позитивним зарядом мігрують у бік поля негативного полюса, а молекули з негативним зарядом мігрують у бік позитивного полюса. Молекули з більшим зарядом, як правило, рухаються швидше і рухаються далі, поки заряд застосовується. Однак вони також сповільнюються тертям, на що, в свою чергу, впливають як розмір, так і форма молекули, а також середовище, яке використовується для тесту. Контролюючи електричний струм і тертя, що забезпечуються тестовим середовищем, дослідники можуть створити умови, які ефективно розділяють біомолекули, щоб їх можна було виділити та вивчити. Це також дозволяє дослідникам виявити відмінності між молекулами, спостерігаючи, наскільки на них впливає струм. Це корисний інструмент з цілим рядом експериментальних та біомедичних застосувань, але деякі з них особливо помітні.
ДНК-аналіз
Одне провідне використання електрофорезу - в ідентифікації та дослідженні фрагментів ДНК та ДНК. ДНК відрізняється консистенцією свого негативного заряду, що означає, що електричний струм застосовує приблизно рівну силу до будь-якої частини ДНК. Під цим тиском більші та менші фрагменти ДНК починають відокремлюватися, оскільки на них різний вплив впливає тертя з досліджуваної середовища. Середовище, як правило, агарозний гель або акриламідний гель, «заморожує» відокремлені сегменти на місці при видаленні струму, що дозволяє досліджувати їх з високою роздільною здатністю. Фарбувальні речовини, такі як бромід етидію, часто додають до гелю, щоб полегшити бачити та інтерпретувати результати.
Взаємодія білків та антитіл
Ще одна поширена форма електрофорезу - імуноелектрофорез, який аналізує наявність та поведінку певних білків. Багато медичних станів, включаючи розсіяний склероз, захворювання нирок та деякі ракові захворювання, призводять до створення аномальних білкових молекул. Їх можна виявити, виконавши електрофорез на зразках сечі чи крові та спостерігаючи за будь-якими відхиленнями від нормальних кількостей та видів білка. Імуноелектрофорез також може бути використаний для виявлення специфічних білків, званих імуноглобулінами, які діють як антитіла. Вони входять до складу імунної системи боді і атакують сторонні білки, наприклад віруси чи алергени. Аналіз цих антитіл може допомогти визначити нові методи терапії цих окупантів, а також дає зрозуміти такі умови, як алергія та аутоімунні порушення, які можуть бути наслідком несправних антитіл.
Тестування антибіотиків
Електрофорез відіграє низку ролей у тестуванні антибіотиків. Одним з найбільш поширених є тестування чистоти антибіотика. Застосовуючи електрофорез до розчину, що містить антибіотик у вигляді паперової смужки, просоченої антибіотиком, або капіляра - дуже тонкої пробірки - наповненої розчином дослідники можуть розмежовувати сам антибіотик і будь-які домішки. Вони також можуть визначити, наскільки концентрований антибіотик, що має вирішальне значення для застосування точних дозувань. Дослідження на антибіотики поширюється на область генетичного тестування, визначаючи гени, які можуть свідчити про стійкість до певних антибіотиків.
Тестування вакцин
Як і антибіотики, електрофорез корисний як при створенні, так і при виробництві вакцин. Мета вакцини - допомогти організму виробляти антитіла до потенційно небезпечного збудника, а електрофорез - корисний метод виявлення цих антитіл. Дослідники можуть використовувати методику для порівняння ефекту вакцини або декількох версій вакцини для великої кількості досліджуваних або інших змінних. Після отримання вакцини електрофорез також забезпечує швидкий та ефективний спосіб випробування виробничих партій на консистенцію та чистоту.