Guida scientifica estiva: quando un'ondata di calore a 40 °C incontra gli esperimenti molecolari

Le temperature elevate hanno persistito in gran parte della Cina di recente. Il 24 luglio, l'Osservatorio meteorologico provinciale dello Shandong ha emesso un'allerta gialla per alte temperature, prevedendo temperature "da sauna" di 35-37 °C (111-133 °F) e un'umidità dell'80% per i successivi quattro giorni nelle zone interne. Le temperature in luoghi come Turpan, nello Xinjiang, si stanno avvicinando ai 48 °C (111-133 °F). Wuhan e Xiaogan, nell'Hubei, sono sotto allerta arancione, con temperature superiori a 37 °C in alcune aree. In questo caldo torrido, il mondo microscopico sotto la superficie delle pipette sta subendo insolite perturbazioni: la stabilità degli acidi nucleici, l'attività degli enzimi e lo stato fisico dei reagenti sono tutti silenziosamente distorti dall'ondata di calore.

L'estrazione degli acidi nucleici è diventata una corsa contro il tempo. Quando la temperatura esterna supera i 40 °C, anche con l'aria condizionata accesa, la temperatura del tavolo operatorio spesso si aggira sopra i 28 °C. In questo periodo, i campioni di RNA lasciati all'aria aperta si degradano a una velocità più che doppia rispetto alla primavera e all'autunno. Nell'estrazione con biglie magnetiche, la soluzione tampone è localmente satura a causa della volatilizzazione accelerata del solvente e i cristalli precipitano facilmente. Questi cristalli causano ampie fluttuazioni nell'efficienza di cattura degli acidi nucleici. La volatilità dei solventi organici aumenta contemporaneamente. A 30 °C, la quantità di volatilizzazione del cloroformio aumenta del 40% rispetto a 25 °C. Durante l'operazione, è necessario garantire che la velocità del vento nella cappa aspirante sia di 0,5 m/s e utilizzare guanti in nitrile per mantenere l'efficacia protettiva.

Gli esperimenti di PCR devono affrontare variazioni di temperatura ancora più complesse. Reagenti come l'enzima Taq e la trascrittasi inversa sono estremamente sensibili alle improvvise fluttuazioni di temperatura. La condensa sulle pareti della provetta dopo la rimozione da un congelatore a -20 °C può causare una perdita di attività enzimatica superiore al 15% se entra nel sistema di reazione. Anche le soluzioni di dNTP possono mostrare una degradazione rilevabile dopo soli 5 minuti di esposizione a temperatura ambiente (>30 °C). Anche il funzionamento dello strumento è ostacolato dalle alte temperature. Quando la temperatura ambiente del laboratorio è >35 °C e la distanza di dissipazione del calore dello strumento PCR è insufficiente (<50 cm dalla parete), la differenza di temperatura interna può raggiungere anche 0,8 °C. Questa deviazione può causare una riduzione dell'efficienza di amplificazione ai bordi di una piastra a 96 pozzetti di oltre il 40%. I filtri antipolvere devono essere puliti regolarmente (l'accumulo di polvere riduce l'efficienza di dissipazione del calore del 50%) ed è necessario evitare l'aria condizionata diretta. Inoltre, quando si eseguono esperimenti di PCR durante la notte, evitare di utilizzare lo strumento PCR come "frigorifero improvvisato" per conservare i campioni. La conservazione a 4 °C per più di 2 ore può causare la formazione di condensa dopo la chiusura del coperchio riscaldato, diluendo il sistema di reazione e potenzialmente corrodendo i moduli metallici dello strumento.

Di fronte a persistenti allarmi di alta temperatura, anche i laboratori molecolari dovrebbero lanciare l'allarme. I preziosi campioni di RNA dovrebbero essere conservati nella parte posteriore di un congelatore a -80 °C, con accesso limitato ai periodi di alta temperatura. Aprire la porta di un congelatore a -20 °C più di cinque volte al giorno aggraverà le fluttuazioni di temperatura. Le apparecchiature che generano calore elevato richiedono almeno 50 cm di spazio per la dissipazione del calore su entrambi i lati e sul retro. Inoltre, si raccomanda di riorganizzare gli orari degli esperimenti: dalle 7:00 alle 10:00 per operazioni sensibili alla temperatura come l'estrazione dell'RNA e il caricamento della qPCR; dalle 13:00 alle 16:00 per attività non sperimentali come l'analisi dei dati. Questa strategia può efficacemente impedire che i picchi di alta temperatura interferiscano con fasi critiche.

Gli esperimenti molecolari durante un'ondata di caldo mettono a dura prova sia la tecnica che la pazienza. Sotto l'implacabile sole estivo, forse è il momento di mettere da parte la pipetta e aggiungere una scatola di ghiaccio extra ai campioni per consentire allo strumento di dissipare più calore. Questa venerazione per le fluttuazioni di temperatura è proprio la qualità di laboratorio più preziosa durante i torridi mesi estivi: dopotutto, con i suoi 40 °C, anche le molecole hanno bisogno di una "regione polare artificiale" attentamente protetta.