ژل الکتروفورز: فناوری تفکیک مولکول ها
در این مطلب به بررسی یکی از فناوریهای نوین علم زیست شناسی که نهتنها در پژوهشهای تحقیقاتی و پزشکی کاربرد دارد؛ بلکه در پروندههای جنایی هم استفاده میشود میپردازیم. ژل الکتروفورز از ابزارهای حیاتی در زیست شناسی مولکولی است که کمک به کشف زارهای درون سلول میکند.
تاریخچه ابداع تکنیک ژل الکتروفورز
این تکنیک در ابتدا توسط شیمیدان سوئدی آرنه تیسلیوس (Arne Tiselius) در دهه 1930 میلادی پایهگذاری شد و اصول اولیه آن جهت جداسازی مولکولها بر اساس بار الکتریکی آنها معرفی شد. اما این تکنیک در دهههای 1950 و 1960 میلادی توسط گروههای تحقیقاتی مختلف در سراسر جهان توسعه یافت. انگیزه ی ایجاد این روش این بود که دانشمندان نیاز داشتند تا بتوانند مولکول های زیستی را بر اساس اندازه، بار الکتریکی و یا شکل آنها تفکیک کنند. این مسئله به خصوص برای شناسایی و تحلیل ژن ها و پروتئینها بسیار ضروری بود. استفاده از ژل الکتروفوز در دهه 1970 با پیشرفت روش های کلونینگ DNA و مطالعه ژنتیک به اوج رسید.
مکانیسم عمل تکنیک ژل الکتروفورز
اصول اولیه تکنیک
ژل الکتروفورز بر اساس حرکت مولکولهای باردار در یک میدان الکتریکی کار میکند. مولکولهایی مانندDNA ،RNA یا پروتئینها باتوجهبه بار الکتریکی و اندازه در ژل حرکت میکنند. به این صورت که مولکولهای کوچکتر با سرعت بیشتری حرکت کرده و مسافت بیشتری را نسبت به مولکولهای بزرگتر طی میکنند. علت آهسته حرکتکردن مولکولهای بزرگتر مقاومت ژل است.
ساختار ژل و مواد مورد استفاده
برای مولکولهای بزرگتر مانند DNA و RNA از ژل آگارز استفاده میشود چرا که منافذ موجود در این ژل بزرگتر است و حرکت مولکولها در آن بهتر انجام میشود. اما برای مولکولهای کوچکتر مانند پروتئینها از ژل پلی آکریل آمید استفاده میشود. این ژل بهعنوان یک فضای نیمه جامد عمل کرده و مولکولها را بر اساس اندازه جدا میکند. ژل در قالبهای مخصوص ریخته شده و چاهکهایی به جهت لود کردن نمونه در آن ایجاد میشود. سپس نمونههای مولکولی به همره یک نمک مناسب درون چاهکها قرار داده میشوند. همانطور که پیش از این گفته شد مکانیسم عمل این ژل به همراه ایجاد میدان الکتریکی کامل میشود. این میدان الکتریکی توسط یک منبع تغذیه ایجاد میشود و مولکول ها را به سمت بار مخالف میراند. پس از پایان فرایند ژل با رنگ های خاصی رنگ میشود تا مولکول ها قابل مشاهده میشوند.
انواع ژل الکتروفورز
ژل آگارز (Agarose Gel)
آگارز نوعی پلیساکارید است که از جلبکهای دریایی استخراج میشود و ساختار آن به دلیل داشتن حفرههای بزرگ مناسب مولکولهای بزرگتر مانند DNA و RNA است. از این نوع ژل در الکتروفورز افقی استفاده میشود. غلظت ژل نیز بر اساس اندازه مولکولهای هدف تنظیم میشود که بسته به نیاز بین 0.8 تا 2 درصد است.
ژل پلی آکریل آمید (Polyacrylamide Gel)
این نوع از ژل متشکل از پلیمرهای آکریل آمید و بیس آکریل آمید است و دارای حفرههای کوچکتر است. این ژل مناسب برای جداسازی قطعات کوچک مانند پروتئین و یا قطعات کوچک DNA و RNA است دقت این نوع ژل در جداسازی مولکولهای نزدیک به هم بیشتر است. غلظت ژل پلی آکریل آمید بین 5 تا 20 درصد است.
کاربرد تکنیک ژل الکتروفورز
در این قسمت به شرح نقش این روش در حوزههای مختلف علم میپردازیم.
زیست شناسی سلولی و مولکولی
این روش به دانشمندان اجازه میدهد تا قطعات را DNA و RNA بر اساس اندازه تفکیک و تحلیل کنند. همینطور از این تکنیک برای بررسی کیفیت نمونهها پیش از توالییابی استفاده میشود.
پروتئینشناسی
یکی از کاربردهای آن برای مطالعه ساختار و ترکیب پروتئینهاست که در حوزه تحقیقات بالینی و بررسی پروتئینهای دخیل در بیماریها مانند سرطان یا بیماریهای متابولیک.
پزشکی قانونی
از این ژل برای تفکیک و تحلیل نمونههای صحنه جرم میتوان استفاده کرد.
همینطور برای تشخیص بیماریها و صنایع زیستفناوری و داروسازی میتوان از این تکنیک بهره گرفت.
پیشرفت و آینده تکنیک ژل الکتروفورز
در این بخش به بهبودهایی که این روش در طول زمان تجربه کرد اشاره میکنیم و ثابت میکنیم این تکنیک چگونه از ابزاری سنتی به ابزاری مدرن درآمده است.
اخیراً ژلهای باکیفیتتری میتوان تهیه کرد که با دقت بالاتری نمونه ها را جدا میکند و اسستفاده از ژلهای از پیش ساخته نیز توسعه یافته است که باعث صرفه جویی در زمان میشود. همچنین امروزه دستگاه ها مدرن امکان اتصال مستقیم به نرم افزار های تحلیل داده را دلارد که تحلیل داده ها را سریعتر میکند.
در نهایت با نوشتن این مطلب سعی کردیم تا اهمیت تکنیک الکتروفورز بهعنوان ابزار اساسی در زیست شناسی سلولی و مولکولی بیان کنیم. این روش در آموزش، تحقیقات و صنایع کاربرد دارد و حتی باوجود پیشرفت تکنولوژی یکی از اجزای جداناپذیر علوم زیستی است. اگر به یادگیری کامل این تکنیک علاقه دارید ما در رشدآزما دوره های تخصصی ژنتیک مولکولی را ارائه میدهیم که شما را با اصول انواع تکنیک های مولکولی آشنا میکند. برای شرکت در دوره ها و کسب اطلاعات بیشتر میتوانید با کارشناسان ما در رشدآزما در ارتباط باشید.
