Роль электричества в биологических процессах так же важна, как и его роль в технологиях, и оно используется в научных целях множеством тонких и интересных способов. Одним из методов, широко используемых в биохимии, является электрофорез, использование электрического тока. манипулировать белковыми молекулами для ряда биомедицинских исследований, диагностики и производства целей.
Как работает процесс
Органические молекулы часто имеют положительный или отрицательный заряд, что заставляет их реагировать на электрический ток. Молекулы с положительным зарядом движутся к отрицательному полюсу поля, а молекулы с отрицательным зарядом - к положительному полюсу. Молекулы с большим зарядом имеют тенденцию двигаться быстрее и двигаться дальше, пока действует заряд. Однако они также будут замедляться трением, которое, в свою очередь, зависит как от размера и формы молекулы, так и от среды, используемой для теста. Управляя электрическим током и трением, обеспечиваемым испытательной средой, исследователи могут создавать условия, при которых биомолекулы эффективно разделяются, чтобы их можно было изолировать и изучить. Это также позволяет исследователям идентифицировать различия между молекулами, наблюдая, насколько на них влияет ток. Это полезный инструмент с рядом экспериментальных и биомедицинских приложений, но некоторые из них особенно примечательны.
Анализ ДНК
Одно из ведущих направлений использования электрофореза - идентификация и изучение ДНК и фрагментов ДНК. ДНК отличается постоянством своего отрицательного заряда, что означает, что электрический ток прикладывает примерно одинаковую силу к любой части ДНК. Под этим давлением большие и меньшие фрагменты ДНК начинают разделяться, потому что на них по-разному влияет трение с тестовой средой. Среда, обычно агарозный гель или акриламидный гель, «замораживает» разделенные сегменты на месте при снятии тока, что позволяет исследовать их с высоким разрешением. В гель часто добавляют красители, такие как бромид этидия, чтобы облегчить просмотр и интерпретацию результатов.
Взаимодействие белков и антител
Другой распространенной формой электрофореза является иммуноэлектрофорез, который анализирует присутствие и поведение определенных белков. Многие заболевания, включая рассеянный склероз, заболевания почек и некоторые виды рака, приводят к образованию аномальных белковых молекул. Их можно обнаружить, выполнив электрофорез образцов мочи или крови и наблюдая за любыми отклонениями от нормальных количеств и типов белка. Иммуноэлектрофорез также можно использовать для обнаружения специфических белков, называемых иммуноглобулинами, которые действуют как антитела. Они являются частью иммунной системы организма и атакуют чужеродные белки, такие как вирусы или аллергены. Анализ этих антител может помочь определить новые методы лечения этих захватчиков, а также обеспечить понимание таких состояний, как аллергия и аутоиммунные расстройства, которые могут возникнуть в результате неправильной работы антитела.
Тестирование антибиотиков
Электрофорез играет несколько ролей при тестировании антибиотиков. Один из наиболее распространенных - это проверка чистоты антибиотика. Применяя электрофорез к раствору, содержащему антибиотик, в виде бумажной полоски, пропитанной антибиотиком или капилляр - очень тонкая трубка - заполненный раствором, исследователи могут отличить сам антибиотик от любого другого примеси. Они также могут определить концентрацию антибиотика, что очень важно для точного дозирования. Исследования антибиотиков простираются до области генетического тестирования, выявляя гены, которые могут указывать на устойчивость к определенным антибиотикам.
Тестирование вакцин
Как и в случае с антибиотиками, электрофорез полезен как при создании, так и при производстве вакцин. Цель вакцины - помочь организму вырабатывать антитела к потенциально опасному патогену, а электрофорез является полезным методом обнаружения этих антител. Исследователи могут использовать эту технику для сравнения эффекта вакцины или нескольких версий вакцины на большом количестве испытуемых или других переменных. После того, как вакцина запущена в производство, электрофорез также обеспечивает быстрый и эффективный способ проверки производственных партий на согласованность и чистоту.
