רשימת היישומים של אלקטרופורזה

תפקידה של החשמל בתהליכים ביולוגיים חשוב לא פחות מתפקידה בטכנולוגיה, והוא רתום לשימוש מדעי במספר דרכים מעודנות ומעניינות. טכניקה אחת שנמצאת בשימוש נרחב בביוכימיה היא אלקטרופורזה, השימוש בזרם חשמלי לתפעל מולקולות חלבון למגוון של מחקר ביו-רפואי, אבחון וייצור מטרות.

למולקולות אורגניות לרוב יש מטען חיובי או שלילי, הגורם להן להגיב לזרם חשמלי. מולקולות עם מטען חיובי נודדות לעבר הקוטב השלילי של השדה, ומולקולות עם מטען שלילי נודדות לכיוון הקוטב החיובי. מולקולות עם מטען גדול יותר נוטות לנוע במהירות רבה יותר ולנסוע רחוק יותר בזמן שהמטען מוחל. עם זאת, הם יואטו גם על ידי חיכוך, אשר בתורו מושפע הן מגודל הצורה של המולקולה והן מהמדיום ששימש לבדיקה. על ידי שליטה על הזרם החשמלי ועל החיכוך המסופק על ידי מדיום הבדיקה, החוקרים יכולים ליצור תנאים המפרידים ביומולקולות ביעילות, כך שניתן יהיה לבודדם וללמוד אותם. זה גם מאפשר לחוקרים לזהות את ההבדלים בין מולקולות על ידי התבוננות עד כמה הם מושפעים מהזרם. זה כלי שימושי עם מגוון יישומים ניסיוניים וביו-רפואיים, אך כמה מהם בולטים במיוחד.

שימוש מוביל אחד באלקטרופורזה הוא בזיהוי ובמחקר של שברי DNA ו- DNA. ה- DNA בולט עקביות העקביות של המטען השלילי שלו, כלומר הזרם החשמלי מפעיל כוח שווה בערך לכל חלק ב- DNA. תחת לחץ זה, שברי DNA גדולים וקטנים יותר מתחילים להיפרד מכיוון שהם מושפעים באופן שונה מחיכוך ממדי הבדיקה. המדיום, בדרך כלל ג'ל אגרוזיס או ג'ל אקרילאמיד "מקפיא" את החלקים המופרדים במקום כאשר מסירים את הזרם, מה שמאפשר לבחון אותם ברזולוציות גבוהות. לעתים קרובות מוסיפים לג'ל חומרי צביעה כמו אתידיום ברומיד כדי להקל על ראיית הפרשנות והתוצאות.

צורה נפוצה נוספת של אלקטרופורזה היא אימונואלקטרופורזה, המנתחת את נוכחותם והתנהגויותיהם של חלבונים מסוימים. מצבים רפואיים רבים, כולל טרשת נפוצה, מחלות כליות וכמה סוגי סרטן גורמים ליצירת מולקולות חלבון לא תקינות. אלה ניתן לאתר על ידי ביצוע אלקטרופורזה בדגימות שתן או דם וצפייה בכל שונות מהכמויות וסוגי החלבון הרגילים. באמצעות אימונואלקטרופורזה ניתן גם לזהות חלבונים ספציפיים הנקראים אימונוגלובולינים, המשמשים כנוגדנים. אלה הם חלק מהמערכת החיסונית של הגוף ותוקפים חלבונים זרים, כמו נגיפים או אלרגנים. ניתוח נוגדנים אלה יכול לעזור בזיהוי טיפולים חדשים לטיפול באותם פולשים וגם מספק תובנה לגבי מצבים כגון אלרגיות והפרעות אוטואימוניות, העלולות לנבוע מתפקוד לקוי נוגדנים.

אלקטרופורזה ממלאת מספר תפקידים בבדיקת אנטיביוטיקה. אחד הנפוצים ביותר הוא בדיקת טוהר האנטיביוטיקה. על ידי מריחת אלקטרופורזה על תמיסה המכילה את האנטיביוטיקה בצורת רצועת נייר ספוגה באנטיביוטיקה או נימים - צינור דק מאוד - מלא בתמיסה, החוקרים יכולים להבדיל בין האנטיביוטיקה עצמה לכל אחד מהם זיהומים. הם יכולים גם לקבוע עד כמה האנטיביוטיקה מרוכזת, וזה חיוני להחלת מינונים מדויקים. מחקר אנטיביוטי משתרע בתחום הבדיקות הגנטיות, ומזהה גנים העשויים להצביע על עמידות לאנטיביוטיקה ספציפית.

כמו באנטיביוטיקה, אלקטרופורזה שימושית גם ביצירת וייצור של חיסונים. מטרת החיסון היא לעזור לגוף ליצור נוגדנים לפתוגן שעלול להיות מסוכן, ואלקטרופורזה היא שיטה שימושית לאיתור אותם נוגדנים. חוקרים יכולים להשתמש בטכניקה כדי להשוות את ההשפעה של חיסון או מספר גרסאות של חיסון על פני מספר גדול של נבדקים או משתנים אחרים. ברגע שייצור חיסון, אלקטרופורזה מספקת גם דרך מהירה ויעילה לבדיקת קבוצות ייצור לעקביות וטוהר.