Поверите ли вы мне, если я скажу вам, что могу извлечь ДНК из клеток за 30 секунд с помощью бумажного полотенца? Ученые из Университета Квинсленда разработали способ получения нуклеиновых кислот из растений, животных и микробов за полминуты или даже меньше – нет никакой необходимости в оборудованных лабораториях. Для справки: нуклеиновые кислоты, включая ДНК и РНК, являются молекулами, несущими генетическую информацию клеток.
Этот метод быстрой экстракции нуклеиновой кислоты может совершить революцию в том, как мы контролируем вспышки инфекционных заболеваний у людей или в сельском хозяйстве. Поскольку последовательности нуклеиновых кислот уникальны для каждого организма, их расшифровка может рассказать нам, какие организмы присутствуют и вызывают заболевание. Данный способ может также использоваться в исследовательских и образовательных целях в развивающихся странах или школах с ограниченными ресурсами.
Очистка нуклеиновой кислоты была сложным и трудоёмким процессом, который впервые в 1869 году провёл швейцарский врач Фридрих Мишер на белых кровяных клетках (лейкоцитах). Сегодня все еще требуется работа на целый день в лабораторных условиях, потенциально опасные химикаты и дорогостоящее оборудование. Из-за этого экстракция нуклеиновой кислоты редко происходит за пределами лаборатории.
Но теперь всё может измениться. Биологи и ботаники Майкл Мейсон, Ипинг Цзоу, Джимми Ботелла из Университета Квинсленда и их коллеги разработали быстрый и бескомпромиссный способ извлечения генетического материала из клеток. Хотя этот метод может облегчить жизнь лабораторных исследователей всего мира, команда намерена использовать эту технологию для непосредственного улучшения диагностики заболеваний в развивающихся странах и удаленных районов, где часто отсутствует даже жизненно необходимое оборудование.
«Мы стремимся сделать комплексные диагностические системы простыми, дешевыми и надежными, чтобы они могли использоваться кем угодно, в том числе людьми без научной подготовки, и использоваться в местах с ограниченными ресурсами», – сказал Мейсон, ведущий автор работы.
Вот как это работает: после получения анализа, образец окунается в пробирку, содержащую раствор с солями, очистителем и подшипниками, чтобы «порвать» оболочку клеток. Затем в эту смесь погружают измерительный щуп из целлюлозы для поглощения ДНК. Любые загрязняющие вещества затем удаляют, помещая щуп в пробирку, содержащую промывочный раствор. Поскольку загрязняющие вещества не связаны так сильно с целлюлозой, они быстро высвобождаются. Очищенную нуклеиновую кислоту затем можно освободить от целлюлозы путем погружения непосредственно в конечный буфер (раствор, поддерживающий определённые свойства постоянно), где конкретные ДНК или последовательности РНК могут быть синтезированы для обнаружения.
«Мы были очень удивлены, обнаружив, что такой простой метод может быть настолько эффективным. Первоначально мы были довольно скептичны, но результаты теста подтвердили, что это действительно работает», – говорит Мейсон.
Этот метод использует четыре основные характеристики целлюлозы: она может поглощать большое количество нуклеиновых кислот; она быстро связывает нуклеиновые кислоты; примеси легко смываются; и связанные нуклеиновые кислоты могут быстро высвобождаться для обнаружения. В крайнем случае можно использовать бумажное полотенце, которое обладает такими же свойствами, так как состоит из целлюлозы.
Хотя легкость этого метода увлекательна сама по себе, исследователи продемонстрировали, что его можно использовать для широкого круга анализов. Это делает его применимым ко многим областям диагностики, включая растений, животных, бактерии и вирусы. Ученые успешно использовали этот способ для исследования растений, инфицированных патогеном Pseudomonas syringae, свиней, заражённых респираторным возбудителем Actinobacillus pleuropneumoniae, и томатов, поражённых мозаичным вирусом.
Метод «бумажного полотенца» уменьшает стоимость очистки нуклеиновой кислоты всего лишь до 0,15 долларов (около 10 рублей) на один анализ, но если шариковые подшипники промываются и повторно используются, стоимость может упасть до 0,06 долларов (4 рублей). Хотя эта технология еще не дошла до коммерциализации, она имеет большие перспективы для развития будущего диагностики болезни. Учёные уже использовали этот метод на отдаленных плантациях Папуа-Новой Гвинеи, чтобы идентифицировать патоген, который убивал деревья. В будущем фермеру можно будет идентифицировать виновного в заболеваниях культур прямо на поле. А врачи смогут делать максимально быстрые диагнозы во время вспышек заболеваний, таких как бубонная чума или Эбола.