Kesän tiedeopas: Kun 40 °C:n helleaalto kohtaa molekyylikokeet

Korkeat lämpötilat ovat jatkuneet viime aikoina suuressa osassa Kiinaa. Shandongin maakunnan meteorologinen observatorio antoi 24. heinäkuuta keltaisen korkean lämpötilan varoituksen, jossa ennustettiin "saunamaisia" lämpötiloja 35–37 °C ja 80 %:n kosteutta seuraavien neljän päivän ajan sisämaassa. Lämpötilat esimerkiksi Turpanissa Xinjiangissa lähestyvät 48 °C:ta. Wuhan ja Xiaogan Hubein maakunnassa ovat oranssin varoituksen alaisina, ja lämpötilat nousevat joillakin alueilla yli 37 °C:een. Tässä paahtavassa kuumuudessa pipettien pinnan alla oleva mikroskooppinen maailma kokee epätavallisia häiriöitä – helleaalto vääristää hiljaa nukleiinihappojen stabiilisuutta, entsyymien aktiivisuutta ja reagenssien fysikaalista olomuotoa.

Nukleiinihappojen uuttamisesta on tullut kilpajuoksu aikaa vastaan. Kun ulkolämpötila ylittää 40 °C, jopa ilmastointilaitteen ollessa päällä, leikkauspöydän lämpötila nousee usein yli 28 °C:een. Tällöin avoimessa paikassa olevat RNA-näytteet hajoavat yli kaksi kertaa nopeammin kuin keväällä ja syksyllä. Magneettihelmiuutossa puskuriliuos kyllästyy paikallisesti liuottimen kiihtyneen haihtumisen vuoksi, ja kiteet saostuvat helposti. Nämä kiteet aiheuttavat suuria vaihteluita nukleiinihappojen talteenoton tehokkuudessa. Orgaanisten liuottimien haihtuvuus kasvaa samanaikaisesti. 30 °C:ssa kloroformin haihtumisen määrä kasvaa 40 % verrattuna 25 °C:een. Käytön aikana on varmistettava, että tuulen nopeus vetokaapissa on 0,5 m/s, ja käytettävä nitriilikäsineitä suojatehokkuuden ylläpitämiseksi.

PCR-kokeet kohtaavat vielä monimutkaisempia lämpötilahäiriöitä. Reagenssit, kuten Taq-entsyymi ja käänteiskopioijaentsyymi, ovat erittäin herkkiä äkillisille lämpötilan vaihteluille. Putken seinämille -20 °C:n pakastimesta ottamisen jälkeen tiivistynyt kosteus voi aiheuttaa yli 15 %:n entsyymiaktiivisuuden menetyksen, jos sitä pääsee reaktiojärjestelmään. dNTP-liuokset voivat myös osoittaa havaittavaa hajoamista vain 5 minuutin huoneenlämmössä (> 30 °C) olon jälkeen. Korkeat lämpötilat haittaavat myös laitteen toimintaa. Kun laboratorion ympäristön lämpötila on > 35 °C ja PCR-laitteen lämmönpoistoetäisyys on riittämätön (< 50 cm seinästä), sisäinen lämpötilaero voi olla jopa 0,8 °C. Tämä poikkeama voi aiheuttaa monistustehokkuuden laskun 96-kuoppalevyn reunalla yli 40 %. Pölysuodattimet tulee puhdistaa säännöllisesti (pölyn kertyminen vähentää lämmönpoistotehokkuutta 50 %), ja suoraa ilmastointia tulee välttää. Lisäksi, kun PCR-kokeita suoritetaan yön yli, vältetään PCR-laitteen käyttämistä "väliaikaisena jääkaappina" näytteiden säilyttämiseen. Säilytys 4 °C:ssa yli 2 tuntia voi aiheuttaa kondenssiveden muodostumista lämmitetyn kannen sulkeutumisen jälkeen, mikä laimentaa reaktiojärjestelmää ja voi syövyttää laitteen metallimoduuleja.

Jatkuvien korkeiden lämpötilojen varoitusten edessä myös molekyylilaboratorioiden tulisi soittaa hälytyskelloja. Arvokkaat RNA-näytteet tulisi säilyttää -80 °C:n pakastimen takaosassa, ja pääsy niihin tulisi rajoittaa korkeisiin lämpötiloihin. -20 °C:n pakastimen oven avaaminen yli viisi kertaa päivässä pahentaa lämpötilan vaihteluita. Paljon lämpöä tuottavat laitteet vaativat vähintään 50 cm lämmönpoistotilaa molemmille puolille ja takapuolelle. Lisäksi on suositeltavaa muuttaa koeajoitusta: klo 7.00–10.00 lämpötilaherkille toiminnoille, kuten RNA:n eristykselle ja qPCR:n lataamiselle; klo 13.00–16.00 ei-kokeelliselle työlle, kuten data-analyysille. Tämä strategia voi tehokkaasti estää korkeiden lämpötilapiikkien häiritsemästä kriittisiä vaiheita.

Molekyylikokeet helleaallon aikana ovat sekä tekniikan että kärsivällisyyden testi. Kesän armottoman auringon alla kenties on aika laskea pipetti alas ja lisätä näytteisiin ylimääräinen jäälaatikko, jotta laite voi haihduttaa enemmän lämpöä. Tämä lämpötilan vaihteluiden kunnioittaminen on juuri laboratorion arvokkain ominaisuus paahtavien kesäkuukausien aikana – loppujen lopuksi kesän 40 °C:n kuumuudessa jopa molekyylit tarvitsevat huolellisesti varjellun "keinotekoisen polaarialueen".