Sommerens vitenskapsguide: Når en 40°C hetebølge møter molekylære eksperimenter

Høye temperaturer har vedvart over store deler av Kina i det siste. Den 24. juli utstedte Shandong Provincial Meteorological Observatory et gult varsel om høye temperaturer, som spådde «sauna-lignende» temperaturer på 35–37 °C og 80 % luftfuktighet de neste fire dagene i innlandsområder. Temperaturene på steder som Turpan i Xinjiang nærmer seg 48 °C. Wuhan og Xiaogan i Hubei har oransje varsel, med temperaturer som overstiger 37 °C i noen områder. I denne brennende heten opplever den mikroskopiske verdenen under overflaten av pipetter uvanlige forstyrrelser – stabiliteten til nukleinsyrer, aktiviteten til enzymer og den fysiske tilstanden til reagenser blir alle stille forvrengt av hetebølgen.

Nukleinsyreekstraksjon har blitt et kappløp med tiden. Når utetemperaturen overstiger 40 °C, selv med klimaanlegget på, svever temperaturen på operasjonsbordet ofte over 28 °C. På dette tidspunktet brytes RNA-prøver som står utendørs ned mer enn dobbelt så raskt som om våren og høsten. Ved magnetisk kuleekstraksjon er bufferløsningen lokalt mettet på grunn av akselerert fordampning av løsningsmidlet, og krystaller utfelles lett. Disse krystallene vil forårsake store svingninger i effektiviteten av nukleinsyrefangst. Flyktigheten til organiske løsningsmidler øker samtidig. Ved 30 °C øker mengden kloroformfordampning med 40 % sammenlignet med 25 °C. Under drift er det nødvendig å sørge for at vindhastigheten i avtrekksskapet er 0,5 m/s, og bruke nitrilhansker for å opprettholde beskyttelseseffektiviteten.

PCR-eksperimenter står overfor enda mer komplekse temperaturforstyrrelser. Reagenser som Taq-enzym og revers transkriptase er ekstremt følsomme for plutselige temperatursvingninger. Kondens på rørveggene etter fjerning fra en -20 °C fryser kan forårsake over 15 % tap av enzymaktivitet hvis den kommer inn i reaksjonssystemet. dNTP-løsninger kan også vise påvisbar nedbrytning etter bare 5 minutters eksponering for romtemperatur (>30 °C). Instrumentets drift hindres også av høye temperaturer. Når laboratorietemperaturen er >35 °C og PCR-instrumentets varmespredningsklaring er utilstrekkelig (<50 cm fra veggen), kan den interne temperaturforskjellen nå så mye som 0,8 °C. Dette avviket kan føre til at amplifiseringseffektiviteten ved kanten av en 96-brønnsplate faller med over 40 %. Støvfiltre bør rengjøres regelmessig (støvopphopning reduserer varmespredningseffektiviteten med 50 %), og direkte klimaanlegg bør unngås. Videre, når du utfører PCR-eksperimenter over natten, unngå å bruke PCR-instrumentet som et "midlertidig kjøleskap" for å lagre prøver. Oppbevaring ved 4 °C i mer enn 2 timer kan føre til kondens etter at det oppvarmede lokket er lukket, noe som fortynner reaksjonssystemet og potensielt korroderer instrumentets metallmoduler.

Stilt overfor vedvarende advarsler om høye temperaturer, bør også molekylære laboratorier slå alarm. Verdifulle RNA-prøver bør oppbevares bakerst i en -80 °C fryser, med tilgang begrenset til perioder med høy temperatur. Å åpne døren til en -20 °C fryser mer enn fem ganger om dagen vil forverre temperatursvingningene. Utstyr som genererer mye varme krever minst 50 cm varmespredningsplass på begge sider og baksiden. Videre anbefales det å omstrukturere eksperimentell timing: 07:00–10:00 for temperaturfølsomme operasjoner som RNA-ekstraksjon og qPCR-lasting; 13:00–16:00 for ikke-eksperimentelt arbeid som dataanalyse. Denne strategien kan effektivt forhindre at høye temperaturtopper forstyrrer kritiske trinn.

Molekylære eksperimenter under en hetebølge er en test av både teknikk og tålmodighet. Under den nådeløse sommersolen er det kanskje på tide å legge fra seg pipetten og legge til en ekstra boks med is i prøvene, slik at instrumentet kan spre mer varme. Denne ærbødigheten for temperatursvingninger er nettopp den mest verdifulle laboratoriekvaliteten i de brennende sommermånedene – tross alt, i sommervarmen på 40 °C trenger selv molekyler et nøye bevoktet «kunstig polområde».