Zomerwetenschapsgids: Wanneer een hittegolf van 40°C moleculaire experimenten ontmoet

De afgelopen tijd hebben grote delen van China te kampen gehad met aanhoudend hoge temperaturen. Op 24 juli gaf het meteorologisch observatorium van de provincie Shandong een gele waarschuwing af voor hoge temperaturen, met voorspellingen van "sauna-achtige" temperaturen van 35-37 °C en een luchtvochtigheid van 80% voor de komende vier dagen in het binnenland. In plaatsen zoals Turpan in Xinjiang lopen de temperaturen op tot bijna 48 °C. Wuhan en Xiaogan in Hubei vallen onder een oranje waarschuwing, met temperaturen die in sommige gebieden boven de 37 °C uitkomen. In deze verzengende hitte ondervindt de microscopische wereld onder het oppervlak van pipetten ongebruikelijke verstoringen: de stabiliteit van nucleïnezuren, de activiteit van enzymen en de fysische toestand van reagentia worden allemaal ongemerkt 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, blijft de temperatuur van de werktafel vaak boven de 28 °C. Op dat moment degraderen RNA-monsters die in de open lucht worden bewaard meer dan twee keer zo snel als in de lente en de herfst. Bij extractie met magnetische kralen raakt de bufferoplossing lokaal verzadigd door versnelde verdamping van het oplosmiddel, waardoor gemakkelijk kristallen neerslaan. Deze kristallen veroorzaken grote schommelingen in de efficiëntie van de nucleïnezuurextractie. Tegelijkertijd neemt de vluchtigheid van organische oplosmiddelen toe. Bij 30 °C neemt de hoeveelheid verdamping van chloroform met 40% toe ten opzichte van 25 °C. Tijdens de werkzaamheden is het noodzakelijk om ervoor te zorgen dat de luchtsnelheid in de zuurkast 0,5 m/s bedraagt ​​en nitrilhandschoenen te dragen voor optimale bescherming.

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 aantoonbare degradatie vertonen na slechts 5 minuten blootstelling aan kamertemperatuur (>30 °C). Ook de werking van het instrument wordt belemmerd door hoge temperaturen. Wanneer de omgevingstemperatuur in het laboratorium hoger is dan 35 °C en de afstand van het PCR-instrument tot de muur voor warmteafvoer onvoldoende is (<50 cm), 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 warmteafvoerefficiëntie met 50%) en directe luchtkoeling moet worden vermeden. Vermijd bovendien het gebruik van het PCR-instrument als een "noodkoelkast" voor het bewaren van monsters tijdens PCR-experimenten die 's nachts worden uitgevoerd. Bewaring bij 4 °C gedurende meer dan 2 uur kan leiden tot condensvorming nadat het verwarmde deksel is gesloten. Dit verdunt het reactiesysteem en kan mogelijk corrosie van de metalen modules van het instrument veroorzaken.

Geconfronteerd met aanhoudende waarschuwingen voor hoge temperaturen, moeten ook moleculaire laboratoria alarm slaan. Kostbare RNA-monsters moeten achterin een vriezer van -80 °C worden bewaard, waarbij de toegang beperkt moet blijven tot de perioden met hoge temperaturen. Het openen van de deur van een vriezer van -20 °C meer dan vijf keer per dag zal temperatuurschommelingen verergeren. Apparatuur die veel warmte genereert, vereist minimaal 50 cm aan warmteafvoerende ruimte aan beide zijden en de achterzijde. Bovendien wordt aanbevolen om de experimentele planning aan te passen: 7:00-10:00 uur 's ochtends voor temperatuurgevoelige handelingen zoals RNA-extractie en het laden van qPCR-monsters; 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 zijn een ware beproeving voor zowel techniek als geduld. Onder de meedogenloze zomerzon is het misschien verstandig om je pipet even neer te leggen en een extra bakje ijs aan je monsters toe te voegen, zodat het instrument meer warmte kan afvoeren. Deze aandacht voor temperatuurschommelingen is juist de meest waardevolle eigenschap voor een laboratorium tijdens de hete zomermaanden – immers, bij temperaturen van 40°C hebben zelfs moleculen een zorgvuldig bewaakt 'kunstmatig poolgebied' nodig.