Ένα ολιγονουκλεοτίδιο είναι μια μικρή αλυσίδα μορίων DNA ή RNA που έχει πολλές χρήσεις στη μοριακή βιολογία και την ιατρική. Χρησιμοποιείται ως ανιχνευτής για τον έλεγχο ασθενειών, ιογενείς λοιμώξεις και για την αναγνώριση γονιδίων σε πειράματα μοριακής βιολογίας. Χρησιμοποιείται επίσης ως εκκινητής σε έναν τύπο αλληλουχίας DNA.
Για να κατανοήσουμε ένα ολιγονουκλεοτίδιο, βοηθάμε στην κατανόηση της δομής του DNA. Τα μόρια του DNA είναι πολύ μακριά πηνία δύο κλώνων, κατασκευασμένα από τέσσερις διαφορετικές μονάδες βάσης νουκλεοτιδίων, διατεταγμένα σε διαφορετικές τάξεις. Κάθε μονάδα έχει μια συμπληρωματική βάση που θα δεσμεύει, επομένως κάθε κλώνος έχει ένα αντίθετο σύνολο βάσεων που το δεσμεύουν. Αυτές οι βάσεις μπορούν να σχηματίσουν μια μεγάλη ποικιλία διαφορετικών συνδυασμών και είναι ο συνδυασμός των βάσεων που δίνει τον γενετικό κώδικα. Το DNA μεταγράφεται για να παράγει αγγελιοφόρο RNA (mRNA), το οποίο στη συνέχεια μεταφράζεται για να παράγει πρωτεΐνες.
Τα ολιγονουκλεοτίδια αναγνωρίζονται από το μήκος της αλυσίδας τους. Για παράδειγμα, ένα ολιγονουκλεοτίδιο που έχει μήκος δέκα νουκλεοτιδικές βάσεις θα ονομαζόταν δέκα μερ. Γενικά συντίθενται χημικά και ο τύπος σύνθεσης περιορίζει το μήκος της αλυσίδας σε μήκος μικρότερο από 60 βάσεις.
Σε έναν τύπο αλληλουχίας DNA που είναι γνωστός ως διδεοξυ αλληλουχία, τα ολιγονουκλεοτίδια χρησιμοποιούνται ως εκκινητής, έτσι ώστε το ένζυμο που παράγει το DNA να έχει ένα πρότυπο για να εργαστεί. Χρησιμοποιείται μονόκλωνο DNA και ένα ολιγονουκλεοτίδιο που είναι συμπληρωματικό του κλώνου DNA συντίθεται χρησιμοποιώντας μια αυτοματοποιημένη μηχανή. Η πολυμεράση DNA που συνθέτει το DNA συνεχίζει να προσθέτει στον εκκινητή και συνθέτει τον αντίθετο κλώνο του DNA από αυτό. Αυτή η αντίδραση παράγει δίκλωνο DNA.
Μια πιο πρόσφατη χρήση ολιγονουκλεοτιδίων ως εκκινητών είναι στην αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (PCR) που χρησιμοποιείται για την ενίσχυση μικρών θραυσμάτων DNA. Αυτή η τεχνική έχει εξαιρετικά πρακτικές χρήσεις, όπως στην ιατροδικαστική και τον έλεγχο πατρότητας. Έχει επίσης φέρει επανάσταση στην έρευνα στην ιατρική και τις βιολογικές επιστήμες, καθώς χρησιμοποιείται συχνά σε πειράματα γενετικής μηχανικής.
Μια σειρά ολιγονουκλεοτιδικών ανιχνευτών χρησιμοποιείται συχνά για την απομόνωση γονιδίων από μια βιβλιοθήκη γονιδίων ή συμπληρωματικών DNA (cDNAs). Οι βιβλιοθήκες cDNA αποτελούνται από δίκλωνο DNA, στο οποίο ο ένας κλώνος προέρχεται από έναν κλώνο mRNA και ο άλλος είναι συμπληρωματικός του. Τέτοιες βιβλιοθήκες έχουν το πλεονέκτημα ότι δεν έχουν τα κενά που βρίσκονται συχνά σε γονίδια από ανώτερους οργανισμούς.
Η δομή των γονιδίων από πολλούς οργανισμούς είναι γνωστή, λόγω έργων αλληλούχισης, και είναι δημόσια διαθέσιμη. Αν κάποιος θέλει να κλωνοποιήσει ένα γονίδιο από άλλο οργανισμό, μπορεί να δει τι είναι γνωστό για το γονίδιο σε άλλους οργανισμούς και να σχεδιάσει ανιχνευτές με βάση τις κοινές περιοχές σε αυτές τις αλληλουχίες. Στη συνέχεια, οι ερευνητές συνθέτουν μια σειρά ολιγονουκλεοτιδικών ανιχνευτών που λαμβάνουν υπόψη πιθανές παραλλαγές στην κοινή περιοχή. Εξετάζουν τη βιβλιοθήκη με αυτούς τους ανιχνευτές και αναζητούν ολιγονουκλεοτίδια που συνδέονται. Πολλά γονίδια έχουν ταυτοποιηθεί με αυτόν τον τρόπο.
Ένα αντιπληροφοριακό ολιγονουκλεοτίδιο περιέχει έναν μόνο κλώνο RNA ή DNA που είναι το συμπλήρωμα μιας αλληλουχίας ενδιαφέροντος. Μόλις κλωνοποιηθεί ένα συγκεκριμένο γονίδιο που κωδικοποιεί μια πρωτεΐνη, το αντιπληροφοριακό RNA χρησιμοποιείται συχνά για να μπλοκάρει την έκφρασή του δεσμεύοντας το mRNA που θα το συνέθετε. Αυτό επιτρέπει στους ερευνητές να προσδιορίσουν τις επιπτώσεις στον οργανισμό, όταν δεν παράγει αυτήν την πρωτεΐνη. Τα αντιπληροφοριακά ολιγονουκλεοτίδια αναπτύσσονται επίσης ως νέοι τύποι φαρμάκων για τον αποκλεισμό των τοξικών RNA.
Τα τσιπ μικροσυστοιχιών ήταν ένας άλλος τομέας στον οποίο τα ολιγονουκλεοτίδια είχαν μεγάλη χρησιμότητα. Πρόκειται για γυάλινες πλάκες, ή κάποια άλλη μήτρα, που έχουν κηλίδες που περιέχουν χιλιάδες διαφορετικούς ανιχνευτές DNA — σε αυτή την περίπτωση από ολιγονουκλεοτίδια. Αποτελούν έναν πολύ αποτελεσματικό τρόπο ελέγχου για αλλαγές σε πολλά διαφορετικά γονίδια ταυτόχρονα. Το DNA συνδέεται με μια ένωση που αλλάζει χρώμα ή φθορίζει, εάν συνδεθεί συμπληρωματικό DNA σε αυτό, έτσι οι κηλίδες αλλάζουν χρώμα εάν υπάρξει αντίδραση με το DNA της δοκιμής.
Μερικά από τα πράγματα για τα οποία χρησιμοποιούνται οι μικροσυστοιχίες ολιγονουκλεοτιδίων περιλαμβάνουν τον έλεγχο για γενετικές ασθένειες. Για παράδειγμα, υπάρχουν μικροί ανιχνευτές που αντιπροσωπεύουν τη δραστηριότητα των γονιδίων που εμπλέκονται στον καρκίνο του μαστού, BRCA1 και BRCA2. Είναι δυνατόν να ανακαλύψουμε εάν μια γυναίκα έχει μετάλλαξη σε ένα από αυτά τα γονίδια και να την αναλύσουμε περαιτέρω για να δούμε αν έχει προδιάθεση για καρκίνο του μαστού.
Υπάρχει μια μικροσυστοιχία που ονομάζεται ViroChip που έχει ανιχνευτές για περίπου 20,000 γονίδια από διάφορους παθογόνους ιούς που έχουν προσδιοριστεί η αλληλουχία τους. Οι εκκρίσεις του σώματος, όπως το φλέγμα, μπορούν να αναλυθούν με το τσιπ, το οποίο μπορεί συχνά να προσδιορίσει τον τύπο του ιού με τον οποίο έχει μολυνθεί ένα άτομο. Ο εντοπισμός των ιογενών λοιμώξεων μπορεί να είναι αρκετά δύσκολος, καθώς τα συμπτώματα είναι συχνά παρόμοια με διαφορετικούς τύπους ιών.