Rychle a levně. Čeští vědci pomohli zjednodušit způsob sekvenování DNA, využijí to třeba onkologové

18. květen 2021
Podcasty, rozhovory, příběhy Další podcasty, rozhovory a příběhy Vzorky DNA připravené k analýze

Při léčbě rakoviny by lékaři mohli rychleji zjistit, jaký druh chemoterapie je nejvhodnější. A to díky rychlejšímu a levnějšímu způsobu sekvenování DNA, který vyvinul mezinárodní tým Ústavu organické chemie a biochemie Akademie věd (AV) a španělské Universitat Rovira i Virgili. 

Nová metoda značení DNA je použitelná pro sekvenování s využitím elektrochemické detekce a může pomoci především při diagnostice nemocí. 

Výsledky práce, na které se podílela i Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy, Polská akademie věd a český Biofyzikální ústav Akademie věd, zveřejnil prestižní vědecký časopisu Journal of American Chemical Society.

Čtyři redoxní značky

Molekula DNA se skládá ze čtyř základních stavebních bloků, takzvaných nukleotidů, které jsou označeny písmeny A, T, G, C. Jejich pořadí určuje genetickou informaci.

DNA i RNA kódují vždy čtyři základní nukleotidové báze. Tři jsou pro obě nukleové kyseliny totožné: adenin (A), guanin (G) a cytosin (C)...

Toto pořadí se zjišťuje právě sekvenováním, poprvé se tak stalo před půl stoletím a nejčastěji se využívá fluorescence – každé písmeno má tedy svou barvu. Existují i rychlejší metody pomocí čipů, případně přes nanopóry, ale ty jsou drahé.

Levnější je varianta přes takzvané redoxní značky. A právě zmíněný mezinárodní tým jako první na světě dokázal těmito značkami označit a změřit všechny čtyři základní nukleové fáze najednou.

„V jednom experimentu, kdy stačí nasyntetizovat zhruba 20 až 30 nukleotidů v řadě, provedeme elektrochemické měření,“ přibližuje princip vedoucí týmu profesor Michal Hocek.

Čtěte také

„Postupně, jak se zvyšuje napětí, nám napřed hodí proud první značka, která má nejnižší redoxní potenciál. A se zvyšujícím se napětím se pak objeví druhá, třetí a čtvrtá značka. Intenzita jejich signálu odpovídá tomu, kolik tam těch písmen A, T, G a C je. Takže v jednom experimentu odečteme poměr jednotlivých bází.“

A to prakticky okamžitě, což je obrovská výhoda oproti stávajícím metodám, při kterých vyhodnocení trvá někdy déle než samotný experiment.

Navíc se většinou musí sekvenovat celý genom, který má kolem 20 tisíc genů. To u redoxních značek odpadá, tam stačí vybrat jen určitou část.

Objev čtyř vhodných látek

Vhodným sestavením několika pokusů se pak dá snadno zjistit i přesné složení genomu, nejen poměr jednotlivých nukleotidů. Pro tuto metodu se používají sloučeniny, které lze oxidovat, nebo redukovat na zlaté, nebo uhlíkaté elektrodě.

Hockův tým na nich pracuje přes 15 let, podobně jako mnohé další vědecké týmy světa. Teď se ale česko-španělsko-polskému uskupení podařilo najít čtyři různé látky vhodné pro sekvenaci DNA.

Čtěte také

„Když chceme čtyři značky, tak jejich redoxní potenciál se musí dostatečně od sebe lišit, abychom viděli všechny čtyři vedle sebe. Měli jsme spoustu případů, kdy nám fungovaly dvě značky, a když jsme k nim přidali třetí, tak už to nefungovalo, anebo to nebylo proporcionální,“ popisuje Hocek dosavadní úspěchy.

A vyzdvihuje přínos nového objevu: Teď můj student David Kodr použil karboranové klece, přesněji metalkarboranové molekuly. Dvě z nich dávaly signál při takových redoxních potenciálech, které byly hodně jiné oproti dosavadním značkám. A když jsme tyto dvě značky zkombinovali s tím, co jsme měli předtím, tak jsme dostali tu kombinaci čtyř, která je vidět najednou.“

Pomoc při výběru chemoterapie

Analýza DNA tak může být díky nově vyvinutému elektrochemického kódování DNA bází jednodušší, levnější a rychlejší.

Čtěte také

Dá se využít především tam, kde je z hlediska genetiky důležitější znát množství jednotlivých nukleotidů než jejich přesné uspořádání. Třeba i v ordinacích specialistů, kdy lékař například u rakoviny musí vybrat správný druh chemoterapie. A proto potřebuje vědět, které z těch už zmíněných písmenek A, T, G, C má v molekule DNA největší zastoupení.

Tento princip by se výhledově mohl uplatnit i při sekvenování koronaviru SARS-CoV-2, kdy se touto analýzou zjišťují jeho mutace a změny chování. U virů je ale nositelem genetické informace RNA, tedy ribonukleová kyselina, takže se k ní musí přidat nějaký enzym a převést ji na deoxyribonukleovou kyselinu, tedy DNA.

Není to prý až takový problém, ale nějakou chvíli potrvá než se nový způsob sekvenace dostane do laboratoří a bude běžnou metodou.

Poslechněte si celé vysvětlení vědecké redaktorky Evy Kézrové.

autor: Eva Kézrová
Spustit audio

Související