Letni przewodnik naukowy: Kiedy fala upałów 40°C spotyka się z eksperymentami molekularnymi

Wysokie temperatury utrzymują się ostatnio w większości Chin. 24 lipca Obserwatorium Meteorologiczne Prowincji Szantung ogłosiło żółty alert temperaturowy, przewidując „saunowe” temperatury 35-37°C (111-133°F) i 80% wilgotności powietrza przez kolejne cztery dni w regionach śródlądowych. Temperatury w miejscach takich jak Turpan w Xinjiang zbliżają się do 48°C (111-133°F). W Wuhan i Xiaogan w prowincji Hubei obowiązuje pomarańczowy alert, a temperatury w niektórych obszarach przekraczają 37°C. W tym palącym upale mikroskopijny świat pod powierzchnią pipet doświadcza nietypowych zaburzeń – stabilność kwasów nukleinowych, aktywność enzymów i stan fizyczny odczynników ulegają dyskretnemu zaburzeniu pod wpływem fali upałów.

Ekstrakcja kwasów nukleinowych stała się wyścigiem z czasem. Gdy temperatura na zewnątrz przekracza 40°C, nawet przy włączonej klimatyzacji, temperatura stołu operacyjnego często przekracza 28°C. W tym czasie próbki RNA pozostawione na otwartej przestrzeni ulegają degradacji ponad dwukrotnie szybciej niż wiosną i jesienią. W ekstrakcji z użyciem kulek magnetycznych, roztwór buforowy ulega miejscowemu nasyceniu z powodu przyspieszonego ulatniania się rozpuszczalnika, a kryształy łatwo wytrącają się. Kryształy te powodują duże wahania wydajności wychwytywania kwasów nukleinowych. Jednocześnie wzrasta lotność rozpuszczalników organicznych. W temperaturze 30°C ulatnianie się chloroformu wzrasta o 40% w porównaniu z 25°C. Podczas pracy należy upewnić się, że prędkość wiatru w dygestorium wynosi 0,5 m/s i używać rękawic nitrylowych, aby zachować skuteczność ochrony.

Eksperymenty PCR są narażone na jeszcze bardziej złożone zaburzenia temperatury. Odczynniki takie jak enzym Taq i odwrotna transkryptaza są niezwykle wrażliwe na nagłe wahania temperatury. Kondensacja na ściankach probówek po wyjęciu z zamrażarki o temperaturze -20°C może spowodować utratę aktywności enzymu o ponad 15%, jeśli dostanie się on do układu reakcyjnego. Roztwory dNTP mogą również wykazywać wykrywalną degradację już po 5 minutach ekspozycji na temperaturę pokojową (>30°C). Praca urządzenia jest również utrudniona przez wysokie temperatury. Gdy temperatura otoczenia w laboratorium wynosi >35°C, a odstęp od ściany do odprowadzania ciepła urządzenia PCR jest niewystarczający (<50 cm od ściany), różnica temperatur wewnętrznych może sięgać nawet 0,8°C. To odchylenie może spowodować spadek wydajności amplifikacji na krawędzi płytki 96-dołkowej o ponad 40%. Filtry przeciwpyłowe należy regularnie czyścić (nagromadzenie kurzu zmniejsza wydajność odprowadzania ciepła o 50%) i należy unikać bezpośredniego chłodzenia. Ponadto, wykonując eksperymenty PCR w nocy, należy unikać używania urządzenia PCR jako „prowizorycznej lodówki” do przechowywania próbek. Przechowywanie w temperaturze 4°C przez ponad 2 godziny może spowodować kondensację pary wodnej po zamknięciu podgrzewanej pokrywy, co rozcieńczy układ reakcyjny i potencjalnie spowoduje korozję metalowych modułów urządzenia.

W obliczu ciągłych ostrzeżeń o wysokich temperaturach, laboratoria molekularne również powinny bić na alarm. Cenne próbki RNA powinny być przechowywane w tylnej części zamrażarki o temperaturze -80°C, z dostępem ograniczonym do okresów wysokiej temperatury. Otwieranie drzwi zamrażarki o temperaturze -20°C częściej niż pięć razy dziennie nasili wahania temperatury. Sprzęt generujący wysokie temperatury wymaga co najmniej 50 cm² przestrzeni odprowadzającej ciepło po obu stronach i z tyłu. Ponadto zaleca się zmianę harmonogramu eksperymentów: 7:00-10:00 rano dla operacji wrażliwych na temperaturę, takich jak ekstrakcja RNA i ładowanie qPCR; 13:00-16:00 dla prac nieeksperymentalnych, takich jak analiza danych. Taka strategia może skutecznie zapobiec zakłócaniu krytycznych etapów przez piki temperaturowe.

Eksperymenty molekularne podczas fali upałów to test zarówno techniki, jak i cierpliwości. W bezlitosnym letnim słońcu być może nadszedł czas, aby odłożyć pipetę i dodać do próbek dodatkową porcję lodu, aby umożliwić instrumentowi rozproszenie większej ilości ciepła. Ten szacunek dla wahań temperatury to właśnie najcenniejsza cecha laboratorium w upalne letnie miesiące – w końcu, w 40-stopniowym upale lata nawet cząsteczki potrzebują starannie strzeżonego „sztucznego obszaru polarnego”.