Цифровой эталон для подсчёта ДНК
Метр и килограмм — эти метрические единицы знают все. Их международные стандарты, на которые равняются при любых измерениях, начали разрабатывать вскоре после принятия в Париже 20 мая 1875 года международной Метрической конвенции. Для отслеживания стандартизации метрических единиц было учреждено Международное бюро мер и весов, которое работает под контролем Международного комитета мер и весов.
После стандартизации метра и килограмма появились эталоны других величин, которые используются для описания окружающего мира. В 1927 году были созданы эталоны измерения электричества, в 1937-м — эталоны измерения в фотометрии и радиометрии, в 1960-м — ионизирующих излучений, в 1984-м — измерений с помощью лазеров, в 1988-м — времени, в 2000-м — химических величин.
Эталон — средство (или комплекс средств) измерений, обеспечивающее воспроизведение и хранение единицы физической величины для передачи её размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений. По метрологическому назначению эталоны делятся на первичные, вторичные и специальные. Первичный эталон служит для воспроизведения единицы с наивысшей в стране точностью. Вторичные эталоны создаются для организации поверочных работ и обеспечения сохранности первичного эталона. Специальный эталон служит для воспроизведения единицы в особых условиях, при которых первичный эталон не может быть использован.
Долгое время многие единицы измерения, используемые в биологии, не попадали в поле зрения Бюро. Однако начавшееся в 1980—1990-х годах взрывное развитие генной инженерии и методов генетического анализа показало, что без эталонов измерения различных биологических параметров дальше обходиться нельзя — например, стал крайне необходим эталон измерения количества нуклеиновых кислот. Поэтому в последней, девятой, Брошюре системы SI 2019 года есть пункт (2.3.5) «Единицы величин, описывающих биологические и физиологические явления»*.
* См. https://www.vniim.ru/files/SI-2019.pdf
Ища какую-нибудь ДНК, например, в медицинском анализе, нужно знать не только, есть ли она там в принципе, но и сколько её там. То есть требуется не масса ДНК (потому что масса указывает на ДНК вообще, на любую ДНК с любой последовательностью нуклеотидов), а количество копий конкретной — искомой — последовательности ДНК, например, последовательности, кодирующей белок какого-нибудь вируса. Метрическая единица должна указывать концентрацию такой ДНК и выражаться в количестве копий на микролитр (µl), а эталон этой единицы — фиксированное количество копий последовательности ДНК в определённом объёме.
И само наличие ДНК, и её количество можно определить с помощью ПЦР, или полимеразной цепной реакции. Реакция полимеразная, потому что её выполняет фермент ДНК-полимераза, цепная — потому что число копий растёт лавинообразно, каждая появившаяся копия служит шаблоном для синтеза следующей. Её суть в том, что за короткое время у исследователей появляется огромное количество копий интересующей их ДНК-последовательности. Если нужной ДНК в образце нет, реакция не пойдёт. Но если есть, в растворе будут появляться всё новые и новые копии, и даже если изначально ДНК было очень и очень мало, то в конце концов её появится столько, что она, образно говоря, станет видимой.