Летний научный путеводитель: когда 40-градусная жара встречается с молекулярными экспериментами

В последнее время на большей части территории Китая сохраняется высокая температура. 24 июля метеорологическая обсерватория провинции Шаньдун объявила желтый уровень предупреждения о высокой температуре, прогнозируя «сауноподобные» температуры 35–37 °C (111–133 °F) и влажность 80% в течение следующих четырех дней во внутренних районах. Температура в таких местах, как Турфан, Синьцзян, приближается к 48 °C (111–133 °F). В Ухане и Сяогань, Хубэй, действует оранжевый уровень предупреждения, где температура в некоторых районах превышает 37 °C. В условиях этой палящей жары микроскопический мир под поверхностью пипеток испытывает необычные возмущения — стабильность нуклеиновых кислот, активность ферментов и физическое состояние реагентов незаметно искажаются тепловой волной.

Выделение нуклеиновых кислот превратилось в гонку со временем. Когда температура наружного воздуха превышает 40 °C, даже при включенном кондиционере температура операционного стола часто держится выше 28 °C. В это время образцы РНК, оставленные на открытом воздухе, деградируют более чем в два раза быстрее, чем весной и осенью. При магнитной экстракции буферный раствор локально насыщается из-за ускоренного улетучивания растворителя, и кристаллы легко осаждаются. Эти кристаллы вызывают большие колебания эффективности извлечения нуклеиновых кислот. Одновременно увеличивается летучесть органических растворителей. При 30 °C количество улетучивающегося хлороформа увеличивается на 40% по сравнению с 25 °C. Во время работы необходимо следить за тем, чтобы скорость ветра в вытяжном шкафу составляла 0,5 м/с, и использовать нитриловые перчатки для поддержания эффективности защиты.

Эксперименты с ПЦР сталкиваются с ещё более сложными температурными колебаниями. Такие реагенты, как фермент Taq и обратная транскриптаза, чрезвычайно чувствительны к резким колебаниям температуры. Конденсат на стенках пробирки после извлечения из морозильной камеры с температурой -20 °C может привести к потере активности фермента более чем на 15% при попадании в реакционную систему. Растворы dNTP также могут демонстрировать обнаруживаемую деградацию всего через 5 минут после воздействия комнатной температуры (>30 °C). Работа прибора также затрудняется высокими температурами. При температуре окружающей среды в лаборатории >35 °C и недостаточном зазоре для отвода тепла ПЦР-прибора (<50 см от стены), разница внутренних температур может достигать 0,8 °C. Это отклонение может привести к снижению эффективности амплификации на краю 96-луночного планшета более чем на 40%. Пылевые фильтры следует регулярно чистить (накопление пыли снижает эффективность отвода тепла на 50%), а также следует избегать прямого кондиционирования воздуха. Кроме того, при проведении ПЦР-экспериментов в течение ночи не используйте ПЦР-прибор в качестве «импровизированного холодильника» для хранения образцов. Хранение при температуре 4°C более 2 часов может привести к образованию конденсата после закрытия нагретой крышки, что приведет к разбавлению реакционной смеси и потенциальной коррозии металлических модулей прибора.

В связи с постоянными предупреждениями о высокой температуре молекулярным лабораториям также следует бить тревогу. Ценные образцы РНК следует хранить в задней части морозильной камеры с температурой -80 °C, ограничивая доступ к ним в периоды повышенной температуры. Открытие дверцы морозильной камеры с температурой -20 °C более пяти раз в день усилит колебания температуры. Для оборудования с высокой тепловыделительной способностью требуется не менее 50 см³ пространства для рассеивания тепла с обеих сторон и сзади. Кроме того, рекомендуется изменить график проведения экспериментов: с 7:00 до 10:00 для термочувствительных операций, таких как выделение РНК и загрузка в количественную ПЦР; с 13:00 до 16:00 для неэкспериментальных работ, таких как анализ данных. Эта стратегия позволяет эффективно предотвратить влияние пиков высокой температуры на критически важные этапы.

Молекулярные эксперименты во время аномальной жары — это испытание как техники, так и терпения. Под палящим летним солнцем, возможно, пора отложить пипетку и добавить к образцам ещё один контейнер со льдом, чтобы прибор мог рассеивать больше тепла. Именно это почтение к температурным колебаниям и есть самое ценное качество лаборатории в знойные летние месяцы — ведь в 40-градусную жару даже молекулам нужна тщательно охраняемая «искусственная полярная область».