Rolul electricității în procesele biologice este la fel de important ca rolul său în tehnologie și este valorificat pentru utilizarea științifică într-o serie de moduri subtile și interesante. O tehnică folosită pe scară largă în biochimie este electroforeza, utilizarea unui curent electric pentru a manipula moleculele de proteine pentru o serie de cercetări biomedicale, de diagnostic și de fabricație scopuri.
Cum funcționează procesul
Moleculele organice au adesea o sarcină pozitivă sau negativă, ceea ce le determină să răspundă la un curent electric. Moleculele cu sarcină pozitivă migrează către polul negativ al câmpului, iar moleculele cu sarcină negativă migrează către polul pozitiv. Moleculele cu o încărcare mai mare tind să se miște mai repede și să călătorească mai departe în timp ce sarcina este aplicată. Cu toate acestea, ele vor fi, de asemenea, încetinite de frecare, care la rândul său este afectată atât de dimensiunea și forma moleculei, cât și de mediul utilizat pentru test. Prin controlul curentului electric și al fricțiunii furnizate de mediul de testare, cercetătorii pot crea condiții care separă biomoleculele în mod eficient, astfel încât să poată fi izolate și studiate. De asemenea, permite cercetătorilor să identifice diferențele dintre molecule, observând cât de mult sunt influențați de curent. Este un instrument util cu o serie de aplicații experimentale și biomedicale, dar câteva sunt deosebit de notabile.
Analiza ADN
O utilizare principală a electroforezei este în identificarea și studierea ADN-ului și a fragmentelor de ADN. ADN-ul se remarcă prin consistența sarcinii sale negative, ceea ce înseamnă că curentul electric aplică o forță aproximativ egală oricărei porțiuni de ADN. Sub această presiune, fragmente de ADN mai mari și mai mici încep să se separe, deoarece vor fi afectate diferit de fricțiunea față de mediul de testare. Mediul, de obicei un gel de agaroză sau un gel de acrilamidă „îngheață” segmentele separate în loc atunci când curentul este îndepărtat, ceea ce le permite să fie examinate la rezoluții ridicate. Agenții de colorare, cum ar fi bromura de etidiu, sunt adesea adăugați la gel pentru a facilita vizualizarea și interpretarea rezultatelor.
Interacțiuni cu proteine și anticorpi
O altă formă comună de electroforeză este imunoelectroforeza, care analizează prezența și comportamentele anumitor proteine. Multe afecțiuni medicale, inclusiv scleroza multiplă, boli de rinichi și unele tipuri de cancer au ca rezultat crearea unor molecule de proteine anormale. Acestea pot fi detectate prin efectuarea electroforezei pe probe de urină sau sânge și urmărind orice variație față de cantitățile și tipurile normale de proteine. Imunoelectroforeza poate fi utilizată și pentru detectarea proteinelor specifice numite imunoglobuline, care acționează ca anticorpi. Acestea fac parte din sistemul imunitar al organismului și atacă proteinele străine, cum ar fi virușii sau alergenii. Analiza acestor anticorpi poate ajuta la identificarea de noi terapii pentru a trata acei invadatori și, de asemenea, oferă o perspectivă asupra afecțiunilor precum alergiile și tulburările autoimune, care pot rezulta din funcționarea defectuoasă anticorpi.
Testarea antibioticelor
Electroforeza joacă o serie de roluri în testarea antibioticelor. Una dintre cele mai frecvente este testarea purității unui antibiotic. Prin aplicarea electroforezei la o soluție care conține antibioticul sub formă de bandă de hârtie impregnată cu antibioticul sau o capilar - un tub foarte subțire - umplut cu soluția, cercetătorii pot face diferența între antibiotic în sine și oricare impurităţi. De asemenea, pot determina cât de concentrat este antibioticul, care este crucial pentru aplicarea dozelor exacte. Cercetarea antibioticelor se extinde în domeniul testării genetice, identificând gene care ar putea indica rezistența la antibiotice specifice.
Testarea vaccinurilor
Ca și în cazul antibioticelor, electroforeza este utilă atât în crearea, cât și în producerea de vaccinuri. Scopul unui vaccin este de a ajuta organismul să genereze anticorpi împotriva unui agent patogen potențial periculos, iar electroforeza este o metodă utilă pentru detectarea acestor anticorpi. Cercetătorii pot folosi tehnica pentru a compara efectul unui vaccin sau a mai multor versiuni ale unui vaccin pe un număr mare de subiecți testați sau alte variabile. Odată ce un vaccin este în producție, electroforeza oferă, de asemenea, un mod rapid și eficient de testare a loturilor de producție pentru consistență și puritate.