DNA-MIKROTAVAT: MENETELMÄ JA SOVELLUKSET - BIOLOGIA - 2026

DNA mikrosiru, jota kutsutaan myös DNA-siru tai DNA microarray, koostuu sarjasta DNA-fragmenttien ankkuroitu fyysisen tuen vaihtelevan materiaalin, on se muovista tai lasista. Jokainen DNA-pala edustaa sekvenssiä, joka on komplementaarinen spesifiselle geenille.

Mikromatriisien päätavoite on vertaileva tutkimus tiettyjen mielenkiinnon kohteena olevien geenien ilmentymisestä. Esimerkiksi on yleistä, että tätä tekniikkaa sovelletaan kahteen näytteeseen - yksi terveissä olosuhteissa ja toinen patologisessa - niiden tunnistamiseksi, mitkä geenit ilmenevät ja mitkä eivät ole näytteessä kyseisen tilan kanssa. Mainittu näyte voi olla solu tai kudos.

Kirjoittaja: Paphrag englanniksi Wikipediassa (siirretty en.wikipediasta Commonsiin.), Wikimedia Commons

Yleensä geenien ilmentyminen voidaan havaita ja kvantifioida fluoresoivien molekyylien käytön avulla. Sirujen manipulointi suoritetaan useimmissa tapauksissa robotilla, ja suuri määrä geenejä voidaan analysoida samanaikaisesti.

Tämä uusi tekniikka on hyödyllinen monille aloille, lääketieteellisestä diagnostiikasta moniin molekyylibiologian tutkimuksiin proteomiikan ja genomiikan aloilla.

Mistä se koostuu?

DNA (deoksiribonukleiinihappo) mikromatriisit ovat joukko spesifisiä DNA-segmenttejä, jotka on kiinnitetty kiinteään matriisiin. Nämä sekvenssit ovat komplementaarisia geenit, jotka haluavat tutkia ja voi olla jopa 10000 geenejä kohti cm ².

Nämä ominaisuudet mahdollistavat systemaattisen ja massiivisen tutkimuksen organismin geeniekspressiosta.

Tiedot, jotka solun on toimittava, koodataan yksiköihin, joita kutsutaan geeneiksi. Tietyt geenit sisältävät ohjeet välttämättömien biologisten molekyylien, nimeltään proteiineja, luomiseksi.

Geeni ilmenee, jos sen DNA transkriptoidaan välittelijän RNA-molekyyliin ja geenin ilmentyminen voi vaihdella riippuen tämän DNA-segmentin transkription tasosta. Tietyissä tapauksissa ilmaisun muutos voi olla osoitus taudeista.

Hybridisaation periaate mahdollistaa mikrotaulujen toiminnan. DNA on molekyyli, joka koostuu neljästä nukleotidityypistä: adeniini, tymiini, guaniini ja sytosiini.

Kaksinkertaisen helix-rakenteen muodostamiseksi adeniiniryhmät tymiinillä ja sytosiini guaniinin kanssa. Siten kaksi komplementaarista ketjua voidaan yhdistää vety sidoksilla.

Tyypit mikromatriiseista

Mikromatriisien rakenteen suhteen on olemassa kaksi muunnosta: mittatilaustyönä valmistetut komplementaariset DNA- tai oligonukleotidit ja kaupallisten suurten tiheysten mikromatriisit, joita valmistavat kaupalliset yritykset, kuten Affymetrix GeneChip.

Ensimmäisen tyyppinen mikromatriisi mahdollistaa RNA: n analysoinnin kahdesta eri näytteestä yhdellä sirulla, kun taas toinen variaatio on kaupallista tyyppiä ja siinä on suuri määrä geenejä (esimerkiksi Affymetrix GeneChip sisältää noin 12 000 ihmisen geeniä), jotka mahdollistavat analysoinnin yksi näyte.

Prosessi

RNA: n eristäminen

Ensimmäinen vaihe kokeessa, jossa käytetään mikromatriisitekniikkaa, on RNA-molekyylien eristäminen ja puhdistaminen (se voi olla lähetti-RNA tai muun tyyppinen RNA).

Jos haluat verrata kahta näytettä (muun muassa terveitä verrattuna sairaisiin, verrokki- ja hoito-kontrolleihin), molekyyli on eristettävä molemmista kudoksista.

CDNA: n tuotanto ja merkinnät

Seuraavaksi RNA: lle suoritetaan käänteistranskriptiomenetelmä leimattujen nukleotidien läsnä ollessa, ja siten saadaan komplementaarinen DNA tai cDNA.

Leima voi olla fluoresoiva ja sen on oltava erotettavissa kahden analysoitavan kudoksen välillä. Tavanomaisella tavalla käytetään fluoresoivia yhdisteitä Cy3 ja Cy5, koska ne emittoivat fluoresenssia eri aallonpituuksilla. Cy3: n tapauksessa se on lähellä punaista väriä ja Cy5 vastaa oranssin ja keltaisen välistä spektriä.

hybridisaatio

CDNA: t sekoitetaan ja inkuboidaan DNA-mikromatriisissa molempien näytteiden cDNA: n hybridisaation mahdollistamiseksi (ts. Sitoutuminen tapahtuu) DNA-osan kanssa, joka on immobilisoitu mikromatriisin kiinteälle pinnalle.

Korkeampi prosentuaalinen hybridisaatio koettimen kanssa mikromatriisissa tulkitaan vastaavan mRNA: n korkeampana kudoksen ilmentymisenä.

Järjestelmän lukeminen

Ilmentämisen kvantifiointi suoritetaan sisällyttämällä lukijajärjestelmä, joka antaa värikoodin kunkin cDNA: n lähettämän fluoresenssin määrään. Esimerkiksi, jos punaista käytetään merkitsemään patologista tilaa ja se hybridisoituu suuremmassa osassa, punainen komponentti on hallitseva.

Tämän järjestelmän avulla voidaan tietää kunkin analysoidun geenin yliekspressio tai repressio molemmissa valituissa olosuhteissa. Toisin sanoen kokeessa arvioitujen näytteiden transkriptio voi olla tiedossa.

Larssono, Wikimedia Commonsista

Sovellukset

Nykyisin mikromatriiseja pidetään erittäin tehokkaina työkaluina lääketieteen alalla. Tämä uusi tekniikka mahdollistaa sairauksien diagnosoinnin ja paremman ymmärryksen siitä, kuinka geenien ilmentymistä muutetaan erilaisissa lääketieteellisissä olosuhteissa.

Lisäksi se mahdollistaa vertailukudoksen ja tietyllä lääkkeellä käsitellyn kudoksen vertailun mahdollisen lääketieteellisen hoidon vaikutusten tutkimiseksi.

Tätä varten verrataan normaalia ja sairautta ennen lääkkeen antamista ja sen jälkeen. Tutkimalla lääkkeen vaikutusta perimään in vivo, meillä on parempi kuvaus sen vaikutustavasta. Voidaan myös ymmärtää, miksi jotkut tietyt lääkkeet aiheuttavat ei-toivottuja sivuvaikutuksia.

Syöpä

Syöpä ylittää DNA-mikromatriisien avulla tutkittujen sairauksien luettelot. Tätä menetelmää on käytetty taudin luokittelussa ja ennustamisessa, erityisesti leukemioiden tapauksessa.

Tämän tilan tutkimuksen alaan sisältyy syöpäsolujen molekyyliemästen puristaminen ja karakterisointi geeniekspressiokuvioiden löytämiseksi, jotka johtavat epäonnistumisiin solusyklin säätelyssä ja solukuoleman (tai apoptoosin) prosesseissa.

Muut sairaudet

Mikromatriisien avulla on ollut mahdollista selvittää geenien erilaiset ilmentymisprofiilit allergisissa, primaarisissa immuunipuutoksissa, autoimmuunisairauksissa (kuten nivelreuma) ja tartuntatauteissa.

Viitteet

1. Bednar, M. (2000). DNA-mikromatriisitekniikka ja sovellus. Medical Science Monitor, 6 (4), MT796-MT800.
2. Kurella, M., Hsiao, LL, Yoshida, T., Randall, JD, Chow, G., Sarang, SS,… ja Gullans, SR (2001). DNA: n mikromatriisianalyysi monimutkaisista biologisista prosesseista. Journal of American Society of Nephrology, 12 (5), 1072-1078.
3. Nguyen, DV, Bulak Arpat, A., Wang, N., & Carroll, RJ (2002). DNA-mikromatriisikokeet: biologiset ja teknologiset näkökohdat. Biometrics, 58 (4), 701-717.
4. Plous, CV (2007). DNA-mikromatriisit ja niiden sovellukset lääketieteellisessä tutkimuksessa. CENIC-lehti. Biological Sciences, 38 (2), 132 - 135.
5. Wiltgen, M., ja Tilz, GP (2007). DNA-mikromatriisianalyysi: periaatteet ja kliininen vaikutus. Hematology, 12 (4), 271 - 287.