DNA-MIKROARRAY: FÖRFARANDE OCH APPLIKATIONER - BIOLOGI - 2025

En DNA-mikroarray , även kallad ett DNA-chip eller DNA-mikroarray, består av en serie DNA-fragment förankrade till ett fysiskt stöd av variabelt material, antingen plast eller glas. Varje DNA-bit representerar en sekvens som är komplementär till en specifik gen.

Huvudsyftet med mikroarrayer är en jämförande studie av uttrycket av vissa gener av intresse. Till exempel är det vanligt att denna teknik tillämpas på två prover - ett i friska tillstånd och en patologisk - för att identifiera vilka gener som uttrycks och vilka inte är i provet med villkoret. Nämnda prov kan vara en cell eller en vävnad.

Av Paphrag på engelska Wikipedia (överförs från en.wikipedia till Commons.), Via Wikimedia Commons

Generellt kan uttrycket av gener detekteras och kvantifieras tack vare användning av fluorescerande molekyler. Manipuleringen av chips utförs i de flesta fall av robot och ett stort antal gener kan analyseras samtidigt.

Denna nya teknik är användbar för ett brett spektrum av discipliner, från medicinsk diagnostik till olika molekylärbiologiska studier inom proteomik och genomik.

Vad består det av?

DNA (deoxiribonukleinsyra) -mikrofärger är en uppsättning specifika DNA-segment bundna till en fast matris. Dessa sekvenser är komplementära till generna som vill studeras och det kan finnas upp till 10 000 gener per cm ^{^} .

Dessa egenskaper tillåter en systematisk och massiv studie av genuttrycket av en organisme.

Informationen som en cell behöver för att fungera kodas i enheter som kallas "gener". Vissa gener innehåller instruktionerna för att skapa viktiga biologiska molekyler som kallas proteiner.

En gen uttrycks om dess DNA transkriberas till en mellanliggande budbärar-RNA-molekyl och uttrycket av genen kan variera beroende på transkriptionsnivån för detta DNA-segment. I vissa fall kan förändringen i uttrycket indikera sjukdomar.

Principen för hybridisering möjliggör drift av mikroarrayer. DNA är en molekyl som består av fyra typer av nukleotider: adenin, tymin, guanin och cytosin.

För att bilda den dubbla spiralstrukturen, adeningrupper med tymin och cytosin med guanin. Således kan två komplementära kedjor förenas med vätebindningar.

Typer av mikroarrayer

När det gäller strukturen för mikroarrayerna finns det två variationer: det specialtillverkade komplementära DNA- eller oligonukleotiderna och de kommersiella mikrodimensionella högtätheten som tillverkas av kommersiella företag, såsom Affymetrix GeneChip.

Den första typen av mikroarray möjliggör analys av RNA från två olika prover på ett enda chip, medan den andra variationen är av den kommersiella typen och har ett stort antal gener (till exempel har Affymetrix GeneChip cirka 12 000 humana gener) som gör det möjligt att analysera ett enda prov.

Bearbeta

RNA-isolering

Det första steget i att genomföra ett experiment med användning av mikroarray-teknik är isolering och rening av RNA-molekylerna (det kan vara budbärar-RNA eller andra typer av RNA).

Om du vill jämföra två prover (friska kontra sjuka, kontroll kontra behandling, bland andra), måste isoleringen av molekylen i båda vävnaderna utföras.

Produktion och märkning av cDNA

Därefter underkastas RNA en omvänd transkriptionsprocess i närvaro av märkta nukleotider och således kommer komplementärt DNA eller cDNA att erhållas.

Etiketten kan vara fluorescerande och måste skilja mellan de två vävnaderna som ska analyseras. På ett traditionellt sätt används de fluorescerande föreningarna Cy3 och Cy5, eftersom de avger fluorescens vid olika våglängder. När det gäller Cy3 är det en färg nära röd och Cy5 motsvarar spektrumet mellan orange och gult.

hybridisering

CDNA: erna blandas och inkuberas i DNA-mikroarrayen för att möjliggöra hybridisering (dvs bindning inträffar) av cDNA från båda proverna med den del av DNA som är immobiliserad på den fasta ytan av mikroarrayen.

En högre procentsats av hybridisering med sonden i mikroområdet tolkas som ett högre vävnadsuttryck av motsvarande mRNA.

Systemläsning

Kvantifieringen av uttrycket utförs genom att införliva ett läsarsystem som tilldelar en färgkod till mängden fluorescens som emitteras av varje cDNA. Till exempel, om rött används för att markera det patologiska tillståndet och det hybridiseras i en högre andel, kommer den röda komponenten att vara den dominerande.

Med detta system kan överuttrycket eller repressionen av varje gen som analyseras under båda utvalda betingelserna vara känd. Med andra ord kan transkriptomet för de prover som utvärderats i experimentet vara känt.

Larssono, från Wikimedia Commons

tillämpningar

För närvarande betraktas mikroarrayer som mycket kraftfulla verktyg inom det medicinska området. Denna nya teknik möjliggör diagnos av sjukdomar och en bättre förståelse för hur genuttryck modifieras under olika medicinska tillstånd.

Vidare tillåter det jämförelse av en kontrollvävnad och en vävnad som behandlats med ett visst läkemedel för att studera effekterna av en möjlig medicinsk behandling.

För att göra detta jämförs det normala tillståndet och det sjuka tillståndet före och efter administreringen av läkemedlet. Genom att studera läkemedlets effekt på genomet in vivo har vi en bättre överblick över dess verkningsmekanism. Det kan också förstås varför vissa speciella läkemedel leder till oönskade biverkningar.

cancer

Cancer toppar listorna över sjukdomar som studerats med DNA-mikroarrayer. Denna metod har använts för klassificering och prognos av sjukdomen, särskilt i fall av leukemier.

Forskningsområdet för detta tillstånd involverar komprimering och karakterisering av molekylbaserna i cancerceller för att hitta mönster av genuttryck som resulterar i misslyckanden i regleringen av cellcykeln och i processerna för celldöd (eller apoptos).

Andra sjukdomar

Genom användning av mikroarrayer har det varit möjligt att belysa de olika expressionsprofilerna för gener under medicinska tillstånd av allergier, primära immunbrister, autoimmuna sjukdomar (såsom reumatoid artrit) och infektionssjukdomar.

referenser

1. Bednar, M. (2000). DNA-mikroarray-teknik och applikation. Medical Science Monitor, 6 (4), MT796-MT800.
2. Kurella, M., Hsiao, LL, Yoshida, T., Randall, JD, Chow, G., Sarang, SS, … & Gullans, SR (2001). DNA-mikroarrayanalys av komplexa biologiska processer. Journal of the American Society of Nephrology, 12 (5), 1072-1078.
3. Nguyen, DV, Bulak Arpat, A., Wang, N., & Carroll, RJ (2002). DNA-mikroarray-experiment: biologiska och tekniska aspekter. Biometri, 58 (4), 701-717.
4. Plous, CV (2007). DNA-mikroarrayer och deras tillämpningar inom biomedicinsk forskning. CENIC Magazine. Biologiska vetenskaper, 38 (2), 132-135.
5. Wiltgen, M., & Tilz, GP (2007). DNA-mikroarrayanalys: principer och klinisk effekt. Hematology, 12 (4), 271-287.