Θερινός Επιστημονικός Οδηγός: Όταν ένα κύμα καύσωνα 40°C συναντά μοριακά πειράματα

Υψηλές θερμοκρασίες επιμένουν σε μεγάλο μέρος της Κίνας τελευταία. Στις 24 Ιουλίου, το Μετεωρολογικό Παρατηρητήριο της Επαρχίας Shandong εξέδωσε κίτρινο συναγερμό υψηλής θερμοκρασίας, προβλέποντας θερμοκρασίες «σαν σάουνας» 35-37°C (111-133°F) και υγρασία 80% για τις επόμενες τέσσερις ημέρες στις ενδοχώρα. Οι θερμοκρασίες σε μέρη όπως το Turpan, Xinjiang, πλησιάζουν τους 48°C (111-133°F). Η Wuhan και η Xiaogan, Hubei, βρίσκονται σε πορτοκαλί συναγερμό, με θερμοκρασίες που υπερβαίνουν τους 37°C σε ορισμένες περιοχές. Σε αυτή την καυτή ζέστη, ο μικροσκοπικός κόσμος κάτω από την επιφάνεια των πιπετών βιώνει ασυνήθιστες διαταραχές - η σταθερότητα των νουκλεϊκών οξέων, η δραστηριότητα των ενζύμων και η φυσική κατάσταση των αντιδραστηρίων παραμορφώνονται όλα ήσυχα από το κύμα καύσωνα.

Η εκχύλιση νουκλεϊκών οξέων έχει γίνει ένας αγώνας δρόμου ενάντια στον χρόνο. Όταν η εξωτερική θερμοκρασία υπερβαίνει τους 40°C, ακόμη και με το κλιματιστικό ενεργοποιημένο, η θερμοκρασία του χειρουργικού τραπεζιού συχνά κυμαίνεται πάνω από 28°C. Αυτή την περίοδο, τα δείγματα RNA που αφήνονται στο ύπαιθρο αποικοδομούνται περισσότερο από δύο φορές πιο γρήγορα από ό,τι την άνοιξη και το φθινόπωρο. Στην εκχύλιση με μαγνητικές χάντρες, το ρυθμιστικό διάλυμα είναι τοπικά κορεσμένο λόγω της επιταχυνόμενης εξάτμισης του διαλύτη και οι κρύσταλλοι καθιζάνουν εύκολα. Αυτοί οι κρύσταλλοι θα προκαλέσουν μεγάλες διακυμάνσεις στην αποτελεσματικότητα της δέσμευσης νουκλεϊκών οξέων. Η πτητικότητα των οργανικών διαλυτών αυξάνεται ταυτόχρονα. Στους 30°C, η ποσότητα εξάτμισης του χλωροφορμίου αυξάνεται κατά 40% σε σύγκριση με τους 25°C. Κατά τη λειτουργία, είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί ότι η ταχύτητα του ανέμου στον απαγωγό είναι 0,5m/s και να χρησιμοποιηθούν γάντια νιτριλίου για να διατηρηθεί η προστατευτική αποτελεσματικότητα.

Τα πειράματα PCR αντιμετωπίζουν ακόμη πιο σύνθετες διαταραχές θερμοκρασίας. Αντιδραστήρια όπως το ένζυμο Taq και η αντίστροφη μεταγραφάση είναι εξαιρετικά ευαίσθητα σε ξαφνικές διακυμάνσεις της θερμοκρασίας. Η συμπύκνωση στα τοιχώματα του σωλήνα μετά την αφαίρεση από καταψύκτη -20°C μπορεί να προκαλέσει απώλεια ενζυμικής δραστηριότητας άνω του 15% εάν εισέλθει στο σύστημα αντίδρασης. Τα διαλύματα dNTP μπορούν επίσης να εμφανίσουν ανιχνεύσιμη υποβάθμιση μετά από μόλις 5 λεπτά έκθεσης σε θερμοκρασία δωματίου (>30°C). Η λειτουργία του οργάνου παρεμποδίζεται επίσης από τις υψηλές θερμοκρασίες. Όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος του εργαστηρίου είναι >35°C και η απόσταση απαγωγής θερμότητας του οργάνου PCR είναι ανεπαρκής (<50 cm από το τοίχωμα), η εσωτερική διαφορά θερμοκρασίας μπορεί να φτάσει έως και τους 0,8°C. Αυτή η απόκλιση μπορεί να προκαλέσει μείωση της απόδοσης ενίσχυσης στην άκρη μιας πλάκας 96 φρεατίων κατά περισσότερο από 40%. Τα φίλτρα σκόνης πρέπει να καθαρίζονται τακτικά (η συσσώρευση σκόνης μειώνει την απόδοση απαγωγής θερμότητας κατά 50%) και πρέπει να αποφεύγεται ο άμεσος κλιματισμός. Επιπλέον, κατά την εκτέλεση πειραμάτων PCR κατά τη διάρκεια της νύχτας, αποφύγετε τη χρήση του οργάνου PCR ως «αυτοσχέδιου ψυγείου» για την αποθήκευση δειγμάτων. Η αποθήκευση στους 4°C για περισσότερο από 2 ώρες μπορεί να προκαλέσει σχηματισμό συμπύκνωσης μετά το κλείσιμο του θερμαινόμενου καπακιού, αραιώνοντας το σύστημα αντίδρασης και ενδεχομένως διαβρώνοντας τις μεταλλικές μονάδες του οργάνου.

Αντιμέτωπα με επίμονες προειδοποιήσεις για υψηλές θερμοκρασίες, τα μοριακά εργαστήρια θα πρέπει επίσης να κρούουν τον κώδωνα του κινδύνου. Τα πολύτιμα δείγματα RNA θα πρέπει να αποθηκεύονται στο πίσω μέρος μιας κατάψυξης στους -80°C, με πρόσβαση περιορισμένη σε περιόδους υψηλής θερμοκρασίας. Το άνοιγμα της πόρτας μιας κατάψυξης στους -20°C περισσότερες από πέντε φορές την ημέρα θα επιδεινώσει τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας. Ο εξοπλισμός που παράγει υψηλή θερμότητα απαιτεί τουλάχιστον 50 cm χώρου απαγωγής θερμότητας και στις δύο πλευρές και στο πίσω μέρος. Επιπλέον, συνιστάται η αναδιάρθρωση του πειραματικού χρονισμού: 7:00-10:00 π.μ. για λειτουργίες ευαίσθητες στη θερμοκρασία, όπως η εκχύλιση RNA και η φόρτωση qPCR, 1:00-4:00 μ.μ. για μη πειραματική εργασία, όπως η ανάλυση δεδομένων. Αυτή η στρατηγική μπορεί να αποτρέψει αποτελεσματικά την παρεμβολή των κορυφών υψηλής θερμοκρασίας σε κρίσιμα βήματα.

Τα μοριακά πειράματα κατά τη διάρκεια ενός καύσωνα αποτελούν δοκιμασία τόσο τεχνικής όσο και υπομονής. Κάτω από τον αμείλικτο καλοκαιρινό ήλιο, ίσως ήρθε η ώρα να αφήσετε κάτω την πιπέτα σας και να προσθέσετε ένα επιπλέον κουτί πάγου στα δείγματά σας για να επιτρέψετε στο όργανο να διαχέει περισσότερη θερμότητα. Αυτός ο σεβασμός για τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας είναι ακριβώς η πιο πολύτιμη εργαστηριακή ποιότητα κατά τους καυτούς καλοκαιρινούς μήνες - άλλωστε, στη ζέστη των 40°C του καλοκαιριού, ακόμη και τα μόρια χρειάζονται μια προσεκτικά φυλαγμένη «τεχνητή πολική περιοχή».