Zomergids voor wetenschap: wanneer een hittegolf van 40°C moleculaire experimenten ontmoet

De hoge temperaturen houden de laatste tijd aan in een groot deel van China. Op 24 juli gaf het Meteorologisch Observatorium van de provincie Shandong een gele waarschuwing af voor hoge temperaturen. Deze voorspelt "saunaachtige" temperaturen van 35-37 °C (111-133 °F) en een luchtvochtigheid van 80% voor de komende vier dagen in het binnenland. De temperaturen in plaatsen zoals Turpan, Xinjiang, naderen de 48 °C (111-133 °F). Voor Wuhan en Xiaogan, Hubei, geldt een oranje waarschuwing, met temperaturen die in sommige gebieden de 37 °C overschrijden. In deze verschroeiende hitte ondergaat de microscopische wereld onder het oppervlak van pipetten ongewone verstoringen: de stabiliteit van nucleïnezuren, de activiteit van enzymen en de fysieke toestand van reagentia worden allemaal zachtjes verstoord door de hittegolf.

Nucleïnezuurextractie is een race tegen de klok geworden. Wanneer de buitentemperatuur boven de 40 °C komt, zelfs met de airconditioning aan, schommelt de temperatuur op de operatietafel vaak boven de 28 °C. Op dat moment degraderen RNA-monsters die in de open lucht worden achtergelaten meer dan twee keer zo snel als in de lente en de herfst. Bij magnetische beadextractie raakt de bufferoplossing lokaal verzadigd door de versnelde verdamping van het oplosmiddel, waardoor kristallen gemakkelijk neerslaan. Deze kristallen veroorzaken grote schommelingen in de efficiëntie van de nucleïnezuurafvang. Tegelijkertijd neemt de vluchtigheid van organische oplosmiddelen toe. Bij 30 °C neemt de verdamping van chloroform met 40% toe ten opzichte van 25 °C. Tijdens het gebruik is het noodzakelijk om ervoor te zorgen dat de windsnelheid in de zuurkast 0,5 m/s bedraagt ​​en nitrilhandschoenen te dragen om de beschermende werking te behouden.

PCR-experimenten worden geconfronteerd met nog complexere temperatuurschommelingen. Reagentia zoals Taq-enzym en reverse transcriptase zijn extreem gevoelig voor plotselinge temperatuurschommelingen. Condensatie op de buiswanden na verwijdering uit een vriezer van -20 °C kan leiden tot een verlies van meer dan 15% van de enzymactiviteit als het in het reactiesysteem terechtkomt. dNTP-oplossingen kunnen ook detecteerbare degradatie vertonen na slechts 5 minuten blootstelling aan kamertemperatuur (> 30 °C). De werking van het instrument wordt ook belemmerd door hoge temperaturen. Wanneer de omgevingstemperatuur in het laboratorium > 35 °C is en de warmteafvoer van het PCR-instrument onvoldoende is (< 50 cm van de wand), kan het interne temperatuurverschil oplopen tot wel 0,8 °C. Deze afwijking kan ertoe leiden dat de amplificatie-efficiëntie aan de rand van een 96-wells plaat met meer dan 40% daalt. Stoffilters moeten regelmatig worden gereinigd (stofophoping vermindert de warmteafvoer met 50%) en directe airconditioning moet worden vermeden. Vermijd bovendien het gebruik van het PCR-instrument als "geïmproviseerde koelkast" om monsters te bewaren wanneer PCR-experimenten 's nachts worden uitgevoerd. Als het langer dan 2 uur bij 4°C wordt bewaard, kan er condensatie ontstaan ​​nadat het verwarmde deksel is gesloten. Hierdoor wordt het reactiesysteem verdund en kunnen de metalen modules van het instrument corroderen.

Geconfronteerd met aanhoudende waarschuwingen voor hoge temperaturen, zouden moleculaire laboratoria ook alarm moeten slaan. Kostbare RNA-monsters moeten achterin een vriezer van -80 °C worden bewaard, met toegang beperkt tot periodes met hoge temperaturen. Het vaker dan vijf keer per dag openen van de deur van een vriezer van -20 °C zal de temperatuurschommelingen verergeren. Apparatuur die veel warmte genereert, vereist ten minste 50 cm warmteafvoerruimte aan beide zijkanten en achterkant. Verder wordt aanbevolen de experimentele timing aan te passen: 7:00-10:00 uur 's ochtends voor temperatuurgevoelige handelingen zoals RNA-extractie en qPCR-laden; 13:00-16:00 uur 's middags voor niet-experimenteel werk zoals data-analyse. Deze strategie kan effectief voorkomen dat hoge temperatuurpieken kritieke stappen verstoren.

Moleculaire experimenten tijdens een hittegolf stellen zowel techniek als geduld op de proef. Onder de meedogenloze zomerzon is het misschien tijd om je pipet neer te leggen en een extra doos ijs aan je monsters toe te voegen, zodat het instrument meer warmte kan afvoeren. Deze eerbied voor temperatuurschommelingen is precies de meest waardevolle laboratoriumkwaliteit tijdens de verzengende zomermaanden – in de zomerhitte van 40 °C hebben zelfs moleculen immers een zorgvuldig bewaakte "kunstmatige poolstreek" nodig.