Letní vědecký průvodce: Když se vlna veder o 40 °C setká s molekulárními experimenty

Vysoké teploty v poslední době přetrvávají ve velké části Číny. Dne 24. července vydala meteorologická observatoř provincie Shandong žluté varování před vysokými teplotami, které předpovídají „saunové“ teploty 35–37 °C a 80% vlhkost vzduchu na příští čtyři dny ve vnitrozemských oblastech. Teploty v místech, jako je Turpan v Sin-ťiangu, se blíží 48 °C. Wu-chan a Xiaogan v provincii Chu-pej jsou v oranžovém varování s teplotami přesahujícími 37 °C. V tomto spalujícím horku dochází v mikroskopickém světě pod povrchem pipet k neobvyklým poruchám – stabilita nukleových kyselin, aktivita enzymů a fyzikální stav činidel jsou tiše narušeny vlnou veder.

Extrakce nukleových kyselin se stala závodem s časem. Když venkovní teplota překročí 40 °C, i když je klimatizace zapnutá, teplota operačního stolu se často pohybuje nad 28 °C. V této době se vzorky RNA ponechané na otevřeném prostranství degradují více než dvakrát rychleji než na jaře a na podzim. Při extrakci magnetickými kuličkami je pufrovací roztok lokálně nasycený v důsledku zrychleného odpařování rozpouštědla a snadno se vysrážejí krystaly. Tyto krystaly způsobují velké výkyvy v účinnosti zachycení nukleových kyselin. Současně se zvyšuje i těkavost organických rozpouštědel. Při 30 °C se množství odpařovaného chloroformu zvyšuje o 40 % ve srovnání s 25 °C. Během provozu je nutné zajistit, aby rychlost větru v digestoři byla 0,5 m/s, a pro udržení ochranné účinnosti používat nitrilové rukavice.

PCR experimenty čelí ještě složitějším teplotním výkyvům. Reagencie, jako je enzym Taq a reverzní transkriptáza, jsou extrémně citlivé na náhlé teplotní výkyvy. Kondenzace na stěnách zkumavek po vyjmutí z mrazničky s teplotou -20 °C může způsobit ztrátu aktivity enzymu o více než 15 %, pokud se dostane do reakčního systému. Roztoky dNTP mohou také vykazovat detekovatelnou degradaci již po 5 minutách vystavení pokojové teplotě (>30 °C). Provoz přístroje je také omezen vysokými teplotami. Pokud je teplota v laboratoři >35 °C a vzdálenost od stěny PCR přístroje pro odvod tepla je nedostatečná (<50 cm od stěny), může vnitřní teplotní rozdíl dosáhnout až 0,8 °C. Tato odchylka může způsobit pokles účinnosti amplifikace na okraji 96jamkové destičky o více než 40 %. Prachové filtry by se měly pravidelně čistit (hromadění prachu snižuje účinnost odvodu tepla o 50 %) a mělo by se vyhnout přímé klimatizaci. Dále se při provádění PCR experimentů přes noc vyhněte používání PCR přístroje jako „improvizované lednice“ pro skladování vzorků. Skladování při teplotě 4 °C po dobu delší než 2 hodiny může po uzavření vyhřívaného víka způsobit kondenzaci, která zředí reakční systém a potenciálně způsobí korozi kovových modulů přístroje.

Vzhledem k přetrvávajícím varováním před vysokými teplotami by měly molekulární laboratoře také bití na poplach. Vzácné vzorky RNA by měly být skladovány v zadní části mrazničky s teplotou -80 °C, přičemž přístup k nim by měl být omezen pouze na období s vysokými teplotami. Otevření dveří mrazničky s teplotou -20 °C více než pětkrát denně zhorší teplotní výkyvy. Zařízení generující vysoké teplo vyžaduje alespoň 50 cm prostoru pro odvod tepla na obou stranách i na zadní straně. Dále se doporučuje změnit načasování experimentů: 7:00–10:00 pro teplotně citlivé operace, jako je extrakce RNA a nanášení qPCR; 13:00–16:00 pro neexperimentální práce, jako je analýza dat. Tato strategie může účinně zabránit tomu, aby vysokoteplotní vrcholy rušily kritické kroky.

Molekulární experimenty během vlny veder jsou zkouškou techniky i trpělivosti. Pod neúprosným letním sluncem je možná čas odložit pipetu a přidat k vzorkům další krabičku ledu, aby přístroj mohl odvádět více tepla. Tato úcta k teplotním výkyvům je přesně tou nejcennější laboratorní vlastností během spalujících letních měsíců – koneckonců, v letním vedru o 40 °C potřebují i ​​molekuly pečlivě chráněnou „umělou polární oblast“.