Väitös: Kirkkaampia fluoresoivia väriaineita soluissa tapahtuvien muutosten ja vuorovaikutusten havaitsemiseen

Kun biologit haluavat tutkia mikroskooppisen pieniä systeemejä, joita silmä ei erota, kuvaan astuvat erilaiset merkkiaineet. Näiden avulla voidaan erottaa esimerkiksi solun eri osat toisistaan. Fluoresoivat väriaineet ovat yksi osa solu- ja molekyylibiologien työkalupakkia, ja niitä on kaupallisesti saatavilla moneen eri käyttökohteeseen.

Virusten tutkimus kehittyy jatkuvasti kuten myös nukleiinihappojen, RNA:n ja DNA:n, jotka ovat oleellinen osa kehitettäessä rokotteita. Vaikka fluoresoivia väriaineita tai koettimia on ollut jo paljon saatavilla eri käyttötarkoituksiin, täytyy niitä jatkuvasti kehittää ja tutkia lisää, jotta voidaan tarkemmin ja turvallisemmin tutkia monimutkaisempia systeemejä. Syaniiniväriaineet ovat yksiä tunnetuimmista fluoresoivista väriaineista ja niitä käytetään hyvin laajasti ja rutiininomaisesti esimerkiksi DNA:n tai RNA:n värjäämisessä.

Tarkempi väriaine DNA:n kuvantamiseen

Jyväskylän yliopiston kemian laitoksen Johanna Alarannan väitöskirjatutkimus keskittyi kaupallisen SYBR Green väriaineperheen pohjalta suunniteltujen fluoroforien kehittämiseen. Kaupallisen väriaineen pohjaan tehtiin systemaattisesti muutoksia, joiden avulla pyrittiin parantamaan väriaineen ominaisuuksia, kuten värien säteilevän valon voimakkuutta. Väriaineiden ominaisuuksia muokattiin ensin muuttamalla vain yhtä heteroatomia. Tämän jälkeen muokattiin värien kokoa ja lopulta pyrittiin parantamaan väriaineen vesiliukoisuutta lisäämällä uusia ryhmiä väriaineen runkoon.

- Muuttamalla vain yhtä atomia väriaineen rakenteessa saatiin väri loistamaan jopa kaksi kertaa aiempaa kirkkaammin. Myös vain yhdellä pienellä lisätyllä ryhmällä saatiin värin kirkkautta parannettua sekä sitä, miten voimakkaasti väri sitoutuu DNA:n kanssa, iloitsee väitöskirjatutkija Johanna Alaranta Jyväskylän yliopistosta.

Tulevaisuudessa jokaiselle nukleiinihapolle oma väriaine

Lisäksi Alaranta vertaili värien aktiivisuutta DNA:n ja RNA:n välillä. Tutkimuksessa huomattiin, että rikkiä sisältävät väriaineet näyttivät fluoresoivan kirkkaammin RNA:n kanssa verrattuna DNA:han.

- DNA:n tai RNA:n spesifisen väriaineen kehitys on yksi alan suurimmista haasteista, joten väitöskirjatutkimuksessa saatiin ensiarvoisen tärkeää tietoa jatkon kannalta, kun pyritään suunnittelemaan tietylle nukleiinihapolle ominaista väriainetta, tiivistää Alaranta.  

Kultananoklusterien ja väriaineiden kompleksit tulevaisuuden monitoimityökaluna

Kultananoklusterit ovat pieniä, muutaman nanometrin kokoisia kultapalloja, joiden pintaa peittää suojaava molekyylikerros. Tätä pintakerrosta voidaan muokata erilaisiin tarpeisiin sopivaksi ja siihen voidaan liittää mahdollisesti useita eri molekyylejä kiinni. Väitöskirjaan liittyvässä tutkimuksessa kehitettiin kultananoklusterin ja fluoresoivan väriaineen muodostama työkalu pH:n mittaukseen, jota voitaisiin hyödyntää solujen pH:n määrittämisessä.

- Tulevaisuudessa voisi olla mahdollista rakentaa kultananoklustereista monimutkaisempia työkaluja, jotka voisivat samanaikaisesti esimerkiksi mitata pH:ta ja kantaa mukanaan lääkemolekyylejä, jotka vapautuvat klusterin pinnalta tietyssä pH:ssa, kertoo Alaranta.

FM Johanna Alarannan väitöskirjan "Synthesis of monomethine cyanine dyes and gold nanoclusters and their applications as fluorescent probes" tarkastustilaisuus on 19. huhtikuuta kello 12. Ylistönrinteellä salissa KEM4. Vastaväittäjänä toimii tenure track -professori Nonappa Tampereen yliopistosta ja kustoksena dosentti Tanja Lahtinen Jyväskylän yliopistosta. Väitöstilaisuuden kieli on englanti.

Väitöskirja "Synthesis of monomethine cyanine dyes and gold nanoclusters and their applications as fluorescent probes” on luettavissa JYX-julkaisuarkistossa: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-86-0101-2