Elektricitetens rolle i biologiske processer er lige så vigtig som dens rolle i teknologien, og den udnyttes til videnskabelig brug på en række subtile og interessante måder. En teknik, der er meget brugt i biokemi, er elektroforese, brugen af en elektrisk strøm at manipulere proteinmolekyler til en række biomedicinske undersøgelser, diagnostik og fremstilling formål.
Sådan fungerer processen
Organiske molekyler har ofte en positiv eller en negativ ladning, hvilket får dem til at reagere på en elektrisk strøm. Molekyler med en positiv ladning migrerer mod feltets negative pol, og molekyler med en negativ ladning migrerer mod den positive pol. Molekyler med større ladning har tendens til at bevæge sig hurtigere og rejse længere, mens ladningen påføres. Imidlertid vil de også blive bremset af friktion, som igen påvirkes af både molekylets størrelse og form og af mediet, der anvendes til testen. Ved at kontrollere den elektriske strøm og friktionen fra testmediet kan forskere skabe forhold, der adskiller biomolekyler effektivt, så de kan isoleres og studeres. Det tillader også forskere at identificere forskellene mellem molekyler ved at observere, hvor meget de er påvirket af strømmen. Det er et nyttigt værktøj med en række eksperimentelle og biomedicinske applikationer, men nogle få er især bemærkelsesværdige.
DNA-analyse
En førende anvendelse af elektroforese er i identifikation og undersøgelse af DNA og DNA-fragmenter. DNA er bemærkelsesværdigt for konsistensen af dets negative ladning, hvilket betyder, at den elektriske strøm anvender nogenlunde samme kraft på enhver del af DNA. Under dette pres begynder større og mindre fragmenter af DNA at adskille sig, fordi de påvirkes forskelligt af friktion fra testmediet. Mediet, sædvanligvis en agarosegel eller en acrylamidgel, "fryser" de adskilte segmenter på plads, når strømmen fjernes, hvilket gør det muligt at undersøge dem ved høje opløsninger. Farvemidler såsom ethidiumbromid tilsættes ofte til gelen for at gøre det lettere at se og fortolke resultaterne.
Protein- og antistofinteraktioner
En anden almindelig form for elektroforese er immunelektroforese, som analyserer tilstedeværelsen og opførslen af visse proteiner. Mange medicinske tilstande, herunder multipel sklerose, nyresygdom og nogle kræftformer, resulterer i oprettelsen af unormale proteinmolekyler. Disse kan detekteres ved at udføre elektroforese på urin eller blodprøver og holde øje med enhver afvigelse fra de normale mængder og typer af proteiner. Immunoelektroforese kan også bruges til at detektere specifikke proteiner kaldet immunglobuliner, der fungerer som antistoffer. Disse er en del af kroppens immunsystem og angriber fremmede proteiner, såsom vira eller allergener. Analyse af disse antistoffer kan hjælpe med at identificere nye terapier til behandling af disse angribere og giver også indsigt i tilstande som allergier og autoimmune lidelser, som kan skyldes funktionsfejl antistoffer.
Test af antibiotika
Elektroforese spiller en række roller i afprøvningen af antibiotika. En af de mest almindelige er at teste renheden af et antibiotikum. Ved at anvende elektroforese på en opløsning indeholdende antibiotikum i form af en papirstrimmel imprægneret med antibiotikum eller en kapillær - et meget tyndt rør - fyldt med opløsningen, forskere kan skelne mellem selve antibiotikaet og ethvert urenheder. De kan også bestemme, hvor koncentreret antibiotikumet er, hvilket er afgørende for at anvende nøjagtige doser. Antibiotikaforskning strækker sig ind i genetisk test og identificerer gener, der kan indikere resistens over for specifikke antibiotika.
Test af vacciner
Som med antibiotika er elektroforese nyttig både ved oprettelse og produktion af vacciner. Formålet med en vaccine er at hjælpe kroppen med at generere antistoffer mod et potentielt farligt patogen, og elektroforese er en nyttig metode til påvisning af disse antistoffer. Forskere kan bruge teknikken til at sammenligne effekten af en vaccine eller flere versioner af en vaccine på tværs af et stort antal forsøgspersoner eller andre variabler. Når en vaccine er i produktion, giver elektroforese også en hurtig og effektiv måde at teste produktionsbatcher for konsistens og renhed.