Teksti Kemia-lehti, kuva Jyväskylän yliopisto
Johanna Alaranta keskittyi väitöstutkimuksessaan fluoresoiviin väriaineisiin, joiden avulla voidaan tutkia esimerkiksi virusten toimintamekanismeja. Mekanismien ymmärtäminen auttaa kehittämään entistä tarkempia ja turvallisempia rokotteita ja lääkkeitä.
Kun biologit haluavat tutkia mikroskooppisen pieniä systeemejä, joita silmä ei erota, tarvitaan erilaisia merkkiaineita. Niiden avulla voidaan erottaa esimerkiksi solun eri osat toisistaan. Fluoresoivat väriaineet ovat yksi osa solu- ja molekyylibiologien työkalupakkia, ja niitä on kaupallisesti saatavilla moneen eri käyttökohteeseen.
Johanna Alarannan väitöskirjatutkimus keskittyi kaupallisen SYBR Green -väriaineperheen pohjalta suunniteltujen fluoroforien kehittämiseen. Väriaineen pohjaan tehtiin systemaattisesti muutoksia, joiden avulla pyrittiin parantamaan väriaineen ominaisuuksia, kuten värien säteilevän valon voimakkuutta.
Tarkempi väriaine DNA:n kuvantamiseen
Tutkimuksessa muokattiin väriaineiden ominaisuuksia muuttamalla ensin vain yhtä heteroatomia. Sen jälkeen muokattiin värien kokoa ja lopulta pyrittiin parantamaan väriaineen vesiliukoisuutta lisäämällä uusia ryhmiä väriaineen runkoon.
”Muuttamalla vain yhtä atomia väriaineen rakenteessa saatiin väri loistamaan jopa kaksi kertaa aiempaa kirkkaammin. Myös vain yhdellä pienellä lisätyllä ryhmällä saatiin värin kirkkautta parannettua sekä sitä, miten voimakkaasti väri sitoutuu DNA:n kanssa”, Johanna Alaranta kertoo.
Tavoitteena oma väriaine jokaiselle nukleiinihapolle
Virusten sekä nukleiinihappojen, RNA:n ja DNA:n, jatkuvasti kehittyvä tutkimus on oleellinen osa kehitettäessä rokotteita. Vaikka fluoresoivia väriaineita tai koettimia on ollut jo paljon saatavilla eri käyttötarkoituksiin, niitä täytyy jatkuvasti kehittää ja tutkia lisää, jotta voidaan tarkemmin ja turvallisemmin tutkia monimutkaisempia systeemejä.
Syaniiniväriaineet ovat yksiä tunnetuimmista fluoresoivista väriaineista ja niitä käytetään hyvin laajasti ja rutiininomaisesti esimerkiksi DNA:n tai RNA:n värjäämisessä.
Johanna Alaranta vertaili myös värien aktiivisuutta DNA:n ja RNA:n välillä. Tutkimuksessa huomattiin, että rikkiä sisältävät väriaineet näyttivät fluoresoivan kirkkaammin RNA:n kanssa kuin DNA:n kanssa.
”DNA:n tai RNA:n spesifisen väriaineen kehitys on yksi alan suurimmista haasteista, joten väitöskirjatutkimuksessa saatiin ensiarvoisen tärkeää tietoa jatkon kannalta, kun pyritään suunnittelemaan tietylle nukleiinihapolle ominaista väriainetta”, tiivistää Alaranta.
Kultananoklustereista ja väriaineista monitoimityökalu
Kultananoklusterit ovat pieniä, muutaman nanometrin kokoisia kultapalloja, joiden pintaa peittää suojaava molekyylikerros. Tätä pintakerrosta voidaan muokata erilaisiin tarpeisiin sopivaksi ja siihen voidaan liittää mahdollisesti useita eri molekyylejä kiinni.
Väitöskirjaan liittyvässä tutkimuksessa kehitettiin kultananoklusterin ja fluoresoivan väriaineen muodostama työkalu pH:n mittaukseen, jota voitaisiin hyödyntää solujen pH:n määrittämisessä.
”Tulevaisuudessa voisi olla mahdollista rakentaa kultananoklustereista monimutkaisempia työkaluja, jotka voisivat samanaikaisesti esimerkiksi mitata pH:ta ja kantaa mukanaan lääkemolekyylejä, jotka vapautuvat klusterin pinnalta tietyssä pH:ssa”, Alaranta kertoo.
Johanna Alarannan väitöskirja Synthesis of monomethine cyanine dyes and gold nanoclusters and their applications as fluorescent probes tarkastettiin 19.4.2024 Jyväskylän yliopistossa. Vastaväittäjänä toimi tenure track -professori Nonappa Nonappa Tampereen yliopistosta ja kustoksena dosentti Tanja Lahtinen Jyväskylän yliopistosta.
Lue lisää:
DNA-origamirakenteet ovat myös hyviä nanomateriaalien rakennuspalikoita
Ihmisellä ja sukkulamadolla on yhtä paljon proteiineja koodaavia geenejä – Päivitä tietosi geeneistä
Nanomuodossa kulta toimii kuin molekyyli, ja väri voi olla musta
