Innehåll
Elektricitetens roll i biologiska processer är lika viktig som dess roll i tekniken och dess utnyttjas för vetenskaplig användning på ett antal subtila och intressanta sätt. En teknik som används allmänt inom biokemi är elektrofores, användningen av en elektrisk ström för att manipulera proteinmolekyler för en rad biomedicinska forsknings-, diagnostiska och tillverkningsändamål.
Hur processen fungerar
Organiska molekyler har ofta en positiv eller negativ laddning, vilket får dem att svara på en elektrisk ström. Molekyler med en positiv laddning migrerar mot fältets negativa pol, och molekyler med en negativ laddning migrerar mot den positiva polen. Molekyler med större laddning tenderar att röra sig snabbare och resa längre medan laddningen appliceras. Men de kommer också att bromsas av friktion, vilket i sin tur påverkas både av storleken och formen på molekylen och av det medium som används för testet. Genom att kontrollera den elektriska strömmen och friktionen från testmediet kan forskare skapa förhållanden som separerar biomolekyler effektivt så att de kan isoleras och studeras. Det tillåter också forskare att identifiera skillnaderna mellan molekyler genom att observera hur mycket de påverkas av strömmen. Det är ett användbart verktyg med en rad experimentella och biomedicinska tillämpningar, men några få är särskilt anmärkningsvärda.
DNA-analys
En ledande användning av elektrofores är vid identifiering och studie av DNA och DNA-fragment. DNA är anmärkningsvärt för konsistensen av dess negativa laddning, vilket innebär att den elektriska strömmen applicerar ungefär lika stor kraft på alla delar av DNA. Under det trycket börjar större och mindre fragment av DNA separeras eftersom de påverkas annorlunda av friktion från testmediet. Mediet, vanligtvis en agarosgel eller en akrylamidgel "fryser" de separerade segmenten på plats när strömmen avlägsnas, vilket gör att de kan undersökas vid höga upplösningar. Färgningsmedel såsom etidiumbromid tillsätts ofta till gelén för att göra det lättare att se och tolka resultaten.
Protein- och antikroppsinteraktioner
En annan vanlig form av elektrofores är immunoelektrofores, som analyserar närvaron och beteenden hos vissa proteiner. Många medicinska tillstånd, inklusive multipel skleros, njursjukdom och vissa cancerformer resulterar i skapandet av onormala proteinmolekyler. Dessa kan upptäckas genom att utföra elektrofores på urin- eller blodprover och titta på någon avvikelse från normala mängder och proteintyper. Immunoelektrofores kan också användas för att detektera specifika proteiner som kallas immunoglobuliner, som fungerar som antikroppar. Dessa är en del av kroppens immunsystem och attackerar främmande proteiner, såsom virus eller allergener. Analysering av dessa antikroppar kan hjälpa till att identifiera nya terapier för att behandla dessa inkräktare och ger också insikt i tillstånd som allergier och autoimmuna störningar, vilket kan bero på felaktiga antikroppar.
Testa antibiotika
Elektrofores spelar ett antal roller i testningen av antibiotika. En av de vanligaste är att testa antibiotikans renhet. Genom att applicera elektrofores på en lösning som innehåller antibiotikumet i form av en pappersremsa impregnerad med antibiotikumet eller en kapillär - ett mycket tunt rör - fylld med lösningen, kan forskare skilja mellan själva antibiotikumet och eventuella föroreningar. De kan också bestämma hur koncentrerat antibiotikumet är, vilket är avgörande för att tillämpa korrekta doser. Antibiotikaforskning sträcker sig till området genetisk testning och identifierar gener som kan indikera resistens mot specifika antibiotika.
Testa vacciner
Liksom med antibiotika är elektrofores användbar både vid skapande och produktion av vacciner. Syftet med ett vaccin är att hjälpa kroppen att generera antikroppar mot en potentiellt farlig patogen, och elektrofores är en användbar metod för att upptäcka dessa antikroppar. Forskare kan använda tekniken för att jämföra effekten av ett vaccin eller flera versioner av ett vaccin över ett stort antal testpersoner eller andra variabler. När ett vaccin är i produktion ger elektrofores också ett snabbt och effektivt sätt att testa produktionspartier för konsistens och renhet.