DNA MIKROČIPY: POSTUP A APLIKÁCIE - BIOLÓGIE - 2026

DNA microarray , tiež volal DNA čipu alebo DNA microarray, sa skladá z radu fragmentov DNA ukotvený k fyzickej podpory premenné materiálu, a to buď z plastu alebo skla. Každý kus DNA predstavuje sekvenciu komplementárnu so špecifickým génom.

Hlavným cieľom mikročipov je porovnávacia štúdia expresie určitých požadovaných génov. Napríklad je bežné, že táto technika sa aplikuje na dve vzorky - jednu v zdravom stave a jednu patologickú - s cieľom zistiť, ktoré gény sa exprimujú a ktoré nie sú vo vzorke so stavom. Uvedenou vzorkou môže byť bunka alebo tkanivo.

Autor: Paphrag na anglickej Wikipédii (prevedené z en.wikipedia na Commons.), Cez Wikimedia Commons

Všeobecne môže byť expresia génov detekovaná a kvantifikovaná vďaka použitiu fluorescenčných molekúl. Manipulácia s čipmi je vo väčšine prípadov robená robotom a veľké množstvo génov môže byť analyzovaných súčasne.

Táto nová technológia je užitočná pre celý rad odborov, od lekárskej diagnostiky po rôzne štúdie molekulárnej biológie v oblasti proteomiky a genomiky.

Z čoho pozostáva?

Microarrays DNA (kyselina deoxyribonukleová) je sada špecifických segmentov DNA pripojených k pevnej matrici. Tieto sekvencie sú komplementárne s génmi, ktoré chcú byť študované, a tam môže byť až 10.000 génov na cm ² .

Tieto charakteristiky umožňujú systematické a masívne štúdium génovej expresie organizmu.

Informácie, ktoré bunka potrebuje, sú kódované v jednotkách nazývaných „gény“. Niektoré gény obsahujú pokyny na tvorbu základných biologických molekúl nazývaných proteíny.

Gén je exprimovaný, ak je jeho DNA transkribovaná do molekuly sprostredkujúcej mediátorovej RNA a expresia génu sa môže meniť v závislosti od úrovne transkripcie tohto segmentu DNA. V niektorých prípadoch môže zmena vo vyjadrení indikovať choroby.

Princíp hybridizácie umožňuje fungovanie mikročipov. DNA je molekula pozostávajúca zo štyroch typov nukleotidov: adenín, tymín, guanín a cytozín.

Aby sa vytvorila štruktúra dvojitej špirály, skupiny adenínu s tymínom a cytozín s guanínom. Vodíkové väzby tak môžu byť spojené dvoma komplementárnymi reťazcami.

Druhy mikročipov

Pokiaľ ide o štruktúru mikročipov, existujú dve variácie: komplementárna DNA alebo oligonukleotidy vyrobené na mieru a komerčné mikročipy s vysokou hustotou vyrobené komerčnými spoločnosťami, ako je Affymetrix GeneChip.

Prvý typ mikročipu umožňuje analýzu RNA z dvoch rôznych vzoriek na jednom čipe, zatiaľ čo druhá variácia je komerčného typu a má veľké množstvo génov (napríklad Affymetrix GeneChip má asi 12 000 ľudských génov), čo umožňuje analyzovať jedna vzorka.

proces

Izolácia RNA

Prvým krokom pri uskutočňovaní experimentu s použitím technológie microarray je izolácia a čistenie molekúl RNA (môže to byť messengerová RNA alebo iné typy RNA).

Ak chcete porovnať dve vzorky (okrem iného zdravé vs. choré, kontrola vs. ošetrenie), musí sa vykonať izolácia molekuly v oboch tkanivách.

Produkcia a značenie cDNA

Následne sa RNA podrobí procesu reverznej transkripcie v prítomnosti značených nukleotidov, čím sa získa komplementárna DNA alebo cDNA.

Štítok môže byť fluorescenčný a musí byť rozlíšiteľný medzi dvoma tkanivami, ktoré sa majú analyzovať. Tradičným spôsobom sa používajú fluorescenčné zlúčeniny Cy3 a Cy5, pretože emitujú fluorescenciu pri rôznych vlnových dĺžkach. V prípade Cy3 je to farba blízka červenej a Cy5 zodpovedá spektru medzi oranžovou a žltou.

hybridizácia

CDNA sa zmiešajú a inkubujú v DNA mikročipu, aby sa umožnila hybridizácia (tj nastane väzba) cDNA z oboch vzoriek s časťou DNA imobilizovanou na pevnom povrchu mikročipu.

Vyššie percento hybridizácie so sondou v mikročipe sa interpretuje ako vyššia expresia zodpovedajúcej mRNA v tkanive.

Čítanie systému

Kvantifikácia expresie sa uskutoční začlenením čítacieho systému, ktorý priradí farebný kód množstvu fluorescencie emitovanej každou cDNA. Napríklad, ak sa na označenie patologického stavu použije červená farba a vo väčšom pomere hybridizuje, prevláda červená zložka.

S týmto systémom môže byť známa nadmerná expresia alebo represia každého génu analyzovaného v obidvoch vybraných podmienkach. Inými slovami, transkriptóm vzoriek vyhodnotených v experimente môže byť známy.

Larssono, z Wikimedia Commons

aplikácia

V súčasnej dobe sú mikročipy považované za veľmi silné nástroje v lekárskej oblasti. Táto nová technológia umožňuje diagnostikovať choroby a lepšie porozumieť tomu, ako je génová expresia modifikovaná za rôznych zdravotných podmienok.

Ďalej umožňuje porovnanie kontrolného tkaniva a tkaniva ošetreného určitým liekom, aby sa študovali účinky možného liečenia.

Za týmto účelom sa porovnáva normálny stav a chorý stav pred a po podaní lieku. Štúdiom účinku lieku na genóm in vivo máme lepší prehľad o jeho mechanizme účinku. Tiež je možné pochopiť, prečo niektoré konkrétne liečivá vedú k nežiadúcim vedľajším účinkom.

rakovina

Rakovina je na vrchole zoznamov chorôb študovaných pomocou DNA čipov. Táto metodika sa použila na klasifikáciu a prognózu choroby, najmä v prípade leukémií.

Oblasti výskumu tohto stavu zahŕňajú kompresiu a charakterizáciu molekulárnych báz rakovinových buniek, aby sa našli vzorce génovej expresie, ktoré vedú k zlyhaniam v regulácii bunkového cyklu a v procesoch bunkovej smrti (alebo apoptózy).

Iné choroby

Použitím mikročipov bolo možné objasniť rozdielne profily expresie génov v zdravotných stavoch alergií, primárnych imunodeficiencií, autoimunitných chorôb (ako je reumatoidná artritída) a infekčných chorôb.

Referencie

1. Bednar, M. (2000). Technológia a aplikácia DNA mikročipu. Medical Science Monitor, 6 (4), MT796-MT800.
2. Kurella, M., Hsiao, LL, Yoshida, T., Randall, JD, Chow, G., Sarang, SS,… & Gullans, SR (2001). DNA mikročipová analýza zložitých biologických procesov. Journal of American Society of Nephrology, 12 (5), 1072-1078.
3. Nguyen, DV, Bulak Arpat, A., Wang, N., & Carroll, RJ (2002). Experimenty s mikročipmi DNA: biologické a technologické aspekty. Biometrics, 58 (4), 701-717.
4. Plous, životopis (2007). DNA mikročipy a ich aplikácie v biomedicínskom výskume. CENIC Magazine. Biological Sciences, 38 (2), 132-135.
5. Wiltgen, M., & Tilz, GP (2007). Analýza mikročipov DNA: princípy a klinický dopad. Hematology, 12 (4), 271-287.