Oligonukleotid je kratki lanac molekula DNA ili RNA koji ima mnoge primjene u molekularnoj biologiji i medicini. Koristi se kao sonda za pregled bolesti, virusnih infekcija i za identifikaciju gena u eksperimentima molekularne biologije. Također se koristi kao početnica u vrsti sekvenciranja DNK.
Za razumijevanje oligonukleotida, pomaže razumjeti strukturu DNK. Molekule DNK su vrlo duge zavojnice od dva lanca, napravljene od četiri različite nukleotidne bazne jedinice, raspoređene različitim redoslijedom. Svaka jedinica ima komplementarnu bazu koju će vezati, tako da svaki lanac ima suprotan skup baza koje ga vežu. Ove baze mogu tvoriti veliki izbor različitih kombinacija, a kombinacija baza daje genetski kod. DNA se transkribira kako bi se proizvela glasnička RNA (mRNA), koja se zatim prevodi u proizvodnju proteina.
Oligonukleotidi se identificiraju po duljini lanca. Na primjer, oligonukleotid koji je dugačak deset nukleotidnih baza zvao bi se deset mer. Oni se općenito sintetiziraju kemijski, a vrsta sinteze ograničava duljinu lanca na manje od 60 baza.
U vrsti sekvenciranja DNK poznatom kao dideoksi sekvenciranje, oligonukleotidi se koriste kao početni, tako da će enzim koji stvara DNK imati šablonu za rad. Koristi se jednolančana DNA, a oligonukleotid koji je komplementaran lancu DNA sintetizira se pomoću automatiziranog stroja. DNA polimeraza koja sintetizira DNK nastavlja se dodavati na prajmer i sintetizira suprotni lanac DNK od njega. Ova reakcija proizvodi dvolančanu DNK.
Novija upotreba oligonukleotida kao početnica je u lančanoj reakciji polimeraze (PCR) koja se koristi za amplificiranje malih fragmenata DNA. Ova tehnika ima vrlo praktičnu primjenu, kao što su forenzika i testiranje očinstva. Također je revolucionirao istraživanje u medicini i biološkim znanostima, budući da se često koristi u eksperimentima genetskog inženjeringa.
Niz oligonukleotidnih sondi se često koristi za izolaciju gena iz biblioteke gena ili komplementarnih DNA (cDNA). Knjižnice cDNA sastoje se od dvolančane DNK, u kojoj je jedan lanac izveden iz lanca mRNA, a drugi mu je komplementaran. Prednost takvih knjižnica je što nemaju praznine koje se često nalaze u genima viših organizama.
Struktura gena mnogih organizama je poznata, zahvaljujući projektima sekvenciranja, i javno je dostupna. Ako netko želi klonirati gen iz drugog organizma, može se vidjeti što se zna o genu u drugim organizmima i dizajnirati sonde na temelju zajedničkih područja u tim sekvencama. Istraživači su potom sintetizirali niz oligonukleotidnih sondi koje uzimaju u obzir moguće varijacije na zajedničkom području. Oni pregledavaju biblioteku tim sondama i traže oligonukleotide koji se vežu. Mnogi geni su identificirani na ovaj način.
Antisense oligonukleotid sadrži jedan lanac RNA ili DNA koji je komplement sekvence od interesa. Nakon što je određeni gen koji kodira protein kloniran, antisense RNA se često koristi za blokiranje njegove ekspresije vezivanjem na mRNA koja bi ga sintetizirala. To omogućuje istraživačima da utvrde učinke na organizam kada ne proizvodi taj protein. Antisens oligonukleotidi se također razvijaju kao novi tipovi lijekova za blokiranje toksičnih RNA.
Microarray čipovi su još jedno područje u kojem su oligonukleotidi bili od velike koristi. To su staklena stakalca ili neka druga matrica koja ima mrlje koje sadrže tisuće različitih DNK sondi — u ovom slučaju napravljene od oligonukleotida. Oni su vrlo učinkovit način testiranja promjena u više različitih gena odjednom. DNK je vezan za spoj koji mijenja boju, ili fluorescira, ako se na njega veže komplementarna DNA, pa mrlje mijenjaju boju ako dođe do reakcije s test DNK.
Neke od stvari za koje se koriste oligonukleotidni mikronizovi uključuju probir genetskih bolesti. Na primjer, postoje male sonde koje predstavljaju aktivnost gena uključenih u rak dojke, BRCA1 i BRCA2. Moguće je saznati ima li žena mutaciju u jednom od ovih gena, te dodatno analizirati da li ima predispoziciju za rak dojke.
Postoji mikromrež pod nazivom ViroChip koji ima sonde za oko 20,000 gena iz različitih patogenih virusa koji su sekvencirani. Tjelesne izlučevine, poput sluzi, mogu se analizirati pomoću čipa, koji često može identificirati s kojom vrstom virusa je osoba zaražena. Prepoznavanje virusnih infekcija može biti prilično teško, budući da su simptomi često slični kod različitih vrsta virusa.