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生物学的プロセスにおける電気の役割は、テクノロジーにおける役割と同じくらい重要であり、多くの微妙で興味深い方法で科学的用途に活用されています。生化学で広く使用されている技術の1つは、電気泳動です。これは、生物医学研究、診断、製造のさまざまな目的でタンパク質分子を操作するための電流の使用です。
プロセスの仕組み
有機分子は多くの場合、正または負の電荷を持っているため、電流に反応します。正の電荷を持つ分子は電界の負の極に向かって移動し、負の電荷を持つ分子は正の極に向かって移動します。より大きな電荷を持つ分子は、電荷が適用されている間、より速く移動し、より遠くに移動する傾向があります。ただし、摩擦によっても遅くなります。摩擦は、分子のサイズと形状、およびテストに使用した媒体の両方の影響を受けます。試験媒体によって提供される電流と摩擦を制御することにより、研究者は生体分子を効率的に分離する条件を作成できるため、生体分子を分離して研究することができます。また、研究者は、分子が電流の影響をどの程度受けているかを観察することにより、分子間の違いを識別することができます。さまざまな実験的および生物医学的アプリケーションを備えた便利なツールですが、特に注目に値するものがいくつかあります。
DNA分析
電気泳動の主な用途の1つは、DNAおよびDNAフラグメントの識別と研究です。 DNAはその負電荷の一貫性で注目に値します。つまり、電流はDNAのどの部分にもほぼ等しい力を加えます。その圧力の下では、DNAのより大きな断片とより小さな断片は、試験媒体からの摩擦によって異なる影響を受けるため、分離し始めます。培地、通常はアガロースゲルまたはアクリルアミドゲルは、電流が除去されると分離されたセグメントを所定の位置に「凍結」し、高解像度で検査できるようにします。エチジウムブロマイドなどの染色剤をゲルに添加して、結果の確認と解釈を容易にします。
タンパク質と抗体の相互作用
電気泳動のもう1つの一般的な形式は、特定のタンパク質の存在と挙動を分析する免疫電気泳動です。多発性硬化症、腎臓病、一部の癌などの多くの病状により、異常なタンパク質分子が生成されます。これらは、尿または血液サンプルで電気泳動を実行し、タンパク質の通常の量と種類との差異を監視することで検出できます。免疫電気泳動は、抗体として機能する免疫グロブリンと呼ばれる特定のタンパク質の検出にも使用できます。これらは体の免疫系の一部であり、ウイルスやアレルゲンなどの外来タンパク質を攻撃します。これらの抗体を分析することは、それらの侵入者を治療するための新しい治療法を特定するのに役立ち、また、抗体の機能不全から生じる可能性のあるアレルギーや自己免疫障害などの状態に関する洞察を提供します。
抗生物質のテスト
電気泳動は、抗生物質のテストで多くの役割を果たします。最も一般的なのは、抗生物質の純度をテストすることです。抗生物質を含浸させた紙片の形の抗生物質または溶液で満たされた毛細管（非常に細いチューブ）の形で抗生物質を含む溶液に電気泳動を適用することにより、研究者は抗生物質自体と不純物を区別できます。また、正確な投与量を適用するために重要な抗生物質の濃度を決定することもできます。抗生物質の研究は遺伝子検査の分野にまで及び、特定の抗生物質に対する耐性を示す遺伝子を特定しています。
ワクチンのテスト
抗生物質と同様に、電気泳動はワクチンの作成と生産の両方に役立ちます。ワクチンの目的は、身体が潜在的に危険な病原体に対する抗体を生成するのを支援することであり、電気泳動はそれらの抗体を検出するための有用な方法です。研究者はこの手法を使用して、多数の被験者またはその他の変数でワクチンまたはワクチンの複数のバージョンの効果を比較できます。ワクチンが生産されると、電気泳動は生産バッチの一貫性と純度を迅速かつ効果的にテストする方法も提供します。