Letný vedecký sprievodca: Keď sa 40 °C vlna horúčav stretne s molekulárnymi experimentmi

Vysoké teploty v poslednom čase pretrvávajú vo veľkej časti Číny. 24. júla vydalo meteorologické observatórium provincie Shandong žltý stupeň výstrahy pred vysokými teplotami, v ktorom predpovedalo teploty „podobné saune“ 35 – 37 °C a 80 % vlhkosť vzduchu počas nasledujúcich štyroch dní vo vnútrozemských oblastiach. Teploty na miestach ako Turpan v provincii Sin-ťiang sa blížia k 48 °C. Wu-chan a Xiaogan v provincii Chu-pej sú v oranžovom stupni výstrahy s teplotami prekračujúcimi v niektorých oblastiach 37 °C. V tomto spaľujúcom teple dochádza v mikroskopickom svete pod povrchom pipiet k nezvyčajným poruchám – stabilita nukleových kyselín, aktivita enzýmov a fyzikálny stav činidiel sú v dôsledku vlny horúčav nenápadne deformované.

Extrakcia nukleových kyselín sa stala pretekmi s časom. Keď vonkajšia teplota prekročí 40 °C, aj keď je klimatizácia zapnutá, teplota operačného stola sa často pohybuje nad 28 °C. V tomto čase sa vzorky RNA ponechané na otvorenom priestranstve degradujú viac ako dvakrát rýchlejšie ako na jar a na jeseň. Pri extrakcii magnetickými guľôčkami je tlmivý roztok lokálne nasýtený v dôsledku zrýchleného odparovania rozpúšťadla a kryštály sa ľahko vyzrážajú. Tieto kryštály spôsobujú veľké výkyvy v účinnosti zachytávania nukleových kyselín. Súčasne sa zvyšuje aj prchavosť organických rozpúšťadiel. Pri 30 °C sa množstvo odparovania chloroformu zvyšuje o 40 % v porovnaní s 25 °C. Počas prevádzky je potrebné zabezpečiť, aby rýchlosť vetra v digestore bola 0,5 m/s, a na zachovanie ochrannej účinnosti používať nitrilové rukavice.

PCR experimenty čelia ešte zložitejším teplotným výkyvom. Reagencie ako enzým Taq a reverzná transkriptáza sú mimoriadne citlivé na náhle teplotné výkyvy. Kondenzácia na stenách skúmaviek po vybratí z mrazničky s teplotou -20 °C môže spôsobiť stratu aktivity enzýmu viac ako 15 %, ak vstúpi do reakčného systému. Roztoky dNTP môžu tiež vykazovať detekovateľnú degradáciu už po 5 minútach vystavenia izbovej teplote (> 30 °C). Vysoké teploty tiež brzdia prevádzku prístroja. Ak je teplota okolia v laboratóriu > 35 °C a vzdialenosť odvádzania tepla PCR prístroja je nedostatočná (< 50 cm od steny), vnútorný teplotný rozdiel môže dosiahnuť až 0,8 °C. Táto odchýlka môže spôsobiť pokles účinnosti amplifikácie na okraji 96-jamkovej platne o viac ako 40 %. Prachové filtre by sa mali pravidelne čistiť (hromadenie prachu znižuje účinnosť odvádzania tepla o 50 %) a malo by sa vyhnúť priamej klimatizácii. Okrem toho, pri vykonávaní PCR experimentov cez noc sa vyhnite používaniu PCR prístroja ako „improvizovanej chladničky“ na skladovanie vzoriek. Skladovanie pri teplote 4 °C dlhšie ako 2 hodiny môže spôsobiť kondenzáciu po zatvorení vyhrievaného veka, čo môže viesť k zriedeniu reakčného systému a potenciálnej korózii kovových modulov prístroja.

Molekulárne laboratóriá by mali tiež biť na poplach, keďže čelia pretrvávajúcim varovaniam pred vysokými teplotami. Vzácne vzorky RNA by sa mali skladovať v zadnej časti mrazničky s teplotou -80 °C, pričom prístup k nim by sa mal obmedziť len na obdobia s vysokými teplotami. Otváranie dvierok mrazničky s teplotou -20 °C viac ako päťkrát denne zhorší výkyvy teploty. Zariadenia generujúce vysoké teplo vyžadujú aspoň 50 cm priestoru na odvod tepla na oboch stranách a zadnej strane. Okrem toho sa odporúča zmeniť načasovanie experimentov: 7:00 – 10:00 pre teplotne citlivé operácie, ako je extrakcia RNA a nanášanie qPCR; 13:00 – 16:00 pre neexperimentálnu prácu, ako je analýza údajov. Táto stratégia môže účinne zabrániť tomu, aby vysokoteplotné vrcholy rušili kritické kroky.

Molekulárne experimenty počas vlny horúčav sú skúškou techniky aj trpezlivosti. Pod neúprosným letným slnkom je možno čas odložiť pipetu a pridať k vzorkám ďalšiu škatuľku s ľadom, aby prístroj mohol rozptyľovať viac tepla. Táto úcta k teplotným výkyvom je práve tou najcennejšou laboratórnou vlastnosťou počas horúcich letných mesiacov – koniec koncov, v 40 °C letných horúčavách aj molekuly potrebujú starostlivo chránenú „umelú polárnu oblasť“.