Роль электричества в биологических процессах так же важна, как и роль в технологии, и его можно использовать в научных целях несколькими тонкими и интересными способами. Одним из методов, который широко используется в биохимии, является электрофорез, использование электрического тока для манипулирования белковыми молекулами для целого ряда биомедицинских исследований, диагностики и производства.

Как работает процесс

Органические молекулы часто имеют положительный или отрицательный заряд, который заставляет их реагировать на электрический ток. Молекулы с положительным зарядом мигрируют к отрицательному полюсу поля, а молекулы с отрицательным зарядом мигрируют к положительному полюсу. Молекулы с более высоким зарядом имеют тенденцию двигаться быстрее и двигаться дальше, пока заряд применяется. Однако они также будут замедлены 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 тестовой средой, исследователи могут создавать условия, которые эффективно разделяют биомолекулы, чтобы их можно было изолировать и изучить. Это также позволяет исследователям выявлять различия между молекулами, наблюдая, как сильно на них влияет ток. Это полезный инструмент с целым рядом экспериментальных и биомедицинских применений, но некоторые из них особенно заметны.

Анализ ДНК

Одно из ведущих применений электрофореза - идентификация и изучение фрагментов ДНК и ДНК. ДНК отличается постоянством своего отрицательного заряда, что означает, что электрический ток прикладывает примерно равную силу к любой части ДНК. Под этим давлением большие и меньшие фрагменты ДНК начинают разделяться, потому что они будут по-разному подвержены трению от тестовой среды. Среда, обычно агарозный гель или акриламидный гель, «замораживает» разделенные сегменты на месте при удалении тока, что позволяет исследовать их с высоким разрешением. Окрашивающие агенты, такие как бромид этидия, часто добавляют в гель, чтобы облегчить просмотр и интерпретацию результатов.

Взаимодействие белков и антител

Другой распространенной формой электрофореза является иммуноэлектрофорез, который анализирует наличие и поведение определенных белков. Многие медицинские состояния, включая рассеянный склероз, заболевание почек и некоторые виды рака, приводят к образованию аномальных белковых молекул. Их можно обнаружить, выполнив электрофорез на образцах мочи или крови и наблюдая за любым отклонением 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 дает представление о таких состояниях, как аллергии и аутоиммунные нарушения, которые могут возникнуть в результате неправильной работы антител.

Тестирование антибиотиков

Электрофорез играет ряд ролей в тестировании антибиотиков. Одним из наиболее распространенных является тестирование чистоты антибиотика. Применяя электрофорез к раствору, содержащему антибиотик в форме бумажной полоски, пропитанной антибиотиком или капилляром - очень тонкой трубкой - заполненной раствором, исследователи могут различать сам антибиотик и любые примеси. Они также могут определить, насколько концентрирован антибиотик, что крайне важно для применения точных дозировок. Исследования антибиотиков охватывают область генетического тестирования, выявляя гены, которые могут указывать на устойчивость к определенным антибиотикам.

Тестирование Вакцины

Как и в случае с антибиотиками, электрофорез полезен как при создании, так и при производстве вакцин. Цель вакцины состоит в том, чтобы помочь организму генерировать антитела к потенциально опасному патогену, и электрофорез является полезным методом для обнаружения этих антител. Исследователи могут использовать эту технику для сравнения действия вакцины или нескольких версий вакцины на большое количество испытуемых или других переменных. Как только вакцина начинает производиться, электрофорез также обеспечивает быстрый и эффективный способ проверки производственных партий на стабильность и чистоту.