Oligonukleotid je kratka veriga molekul DNK ali RNA, ki ima veliko uporab v molekularni biologiji in medicini. Uporablja se kot sonda za odkrivanje bolezni, virusnih okužb in za identifikacijo genov v poskusih molekularne biologije. Uporablja se tudi kot primer pri vrsti sekvenciranja DNK.
Za razumevanje oligonukleotida pomaga razumeti strukturo DNK. Molekule DNK so zelo dolge tuljave dveh verig, sestavljene iz štirih različnih nukleotidnih baznih enot, razporejenih v različnem vrstnem redu. Vsaka enota ima komplementarno osnovo, ki jo bo povezala, tako da ima vsak pramen nasproten nabor baz, ki jo vežejo. Te baze lahko tvorijo veliko različnih kombinacij, in kombinacija baz daje genetsko kodo. DNK se prepiše, da nastane sporočilna RNA (mRNA), ki se nato prevede v proizvodnjo beljakovin.
Oligonukleotide prepoznamo po dolžini verige. Na primer, oligonukleotid, ki je dolg deset nukleotidnih baz, bi se imenoval deset mer. Na splošno se sintetizirajo kemično, vrsta sinteze pa omejuje dolžino verige na manj kot 60 baz.
Pri vrsti sekvenciranja DNK, znanem kot dideoksi sekvenciranje, se oligonukleotidi uporabljajo kot temeljni premaz, tako da bo imel encim, ki naredi DNK, predlogo za delo. Uporablja se enoverižna DNK, oligonukleotid, ki je komplementaren verigi DNK, pa se sintetizira z avtomatskim strojem. DNK polimeraza, ki sintetizira DNK, se še naprej dodaja na temeljni premaz in iz njega sintetizira nasprotno verigo DNK. Ta reakcija proizvaja dvoverižno DNK.
Novejša uporaba oligonukleotidov kot začetnikov je v verižni reakciji s polimerazo (PCR), ki se uporablja za pomnoževanje majhnih fragmentov DNK. Ta tehnika ima zelo praktične namene, na primer v forenziki in testiranju očetovstva. Revolucioniral je tudi raziskave v medicini in bioloških znanostih, saj se pogosto uporablja v eksperimentih genskega inženiringa.
Serija oligonukleotidnih sond se pogosto uporablja za izolacijo genov iz knjižnice genov ali komplementarnih DNK (cDNA). Knjižnice cDNA so sestavljene iz dvoverižne DNK, pri kateri ena veriga izhaja iz verige mRNA, druga pa ji je komplementarna. Prednost takšnih knjižnic je, da nimajo vrzeli, ki jih pogosto najdemo v genih višjih organizmov.
Struktura genov številnih organizmov je znana zaradi projektov sekvenciranja in je javno dostopna. Če želi nekdo klonirati gen iz drugega organizma, lahko vidi, kaj je znanega o genu v drugih organizmih, in načrtuje sonde na podlagi skupnih območij v teh sekvencah. Raziskovalci so nato sintetizirali vrsto oligonukleotidnih sond, ki upoštevajo možne spremembe na skupnem območju. S temi sondami pregledajo knjižnico in iščejo oligonukleotide, ki se vežejo. Na ta način je bilo identificiranih veliko genov.
Protismiselni oligonukleotid vsebuje eno verigo RNA ali DNK, ki je dopolnilo zaporedja, ki nas zanima. Ko je določen gen, ki kodira protein, kloniran, se protismiselna RNA pogosto uporablja za blokiranje njegove ekspresije z vezavo na mRNA, ki bi jo sintetizirala. To omogoča raziskovalcem, da ugotovijo učinke na organizem, ko le-to ne proizvaja te beljakovine. Protismiselni oligonukleotidi se razvijajo tudi kot nove vrste zdravil za blokiranje toksičnih RNA.
Mikromrežni čipi so bili še eno področje, na katerem so bili oligonukleotidi zelo uporabni. To so steklena stekelca ali kakšna druga matrica, ki ima lise, ki vsebujejo na tisoče različnih DNK sond – v tem primeru iz oligonukleotidov. So zelo učinkovit način za testiranje sprememb v več različnih genih hkrati. DNK je vezana na spojino, ki spremeni barvo ali fluorescira, če se nanjo veže komplementarna DNK, zato madeži spremenijo barvo, če pride do reakcije s testno DNK.
Nekatere stvari, za katere se uporabljajo oligonukleotidni mikromreži, vključujejo presejanje za genetske bolezni. Na primer, obstajajo majhne sonde, ki predstavljajo aktivnost genov, ki sodelujejo pri raku dojk, BRCA1 in BRCA2. Možno je ugotoviti, ali ima ženska mutacijo v enem od teh genov, in jo nadalje analizirati, da ugotovimo, ali ima ženska nagnjenost k raku dojke.
Obstaja mikromrež, imenovan ViroChip, ki ima sonde za približno 20,000 genov iz različnih patogenih virusov, ki so bili sekvencirani. Telesne izločke, kot je sluz, je mogoče analizirati s čipom, ki pogosto lahko ugotovi, s katero vrsto virusa je oseba okužena. Prepoznavanje virusnih okužb je lahko precej težko, saj so simptomi pri različnih vrstah virusov pogosto podobni.