Chipy DNA

W ciągu ostatnich kilku lat obietnice biotechnologii — nowa wiedza o zdrowiu i chorobach, lepszej diagnostyce i leczeniu — były coraz bliższe realizacji przez bezprecedensowy strumień danych biologicznych napływających z laboratoriów badawczych. Jedną z kluczowych technologii generujących to krytyczne nowe bogactwo informacji jest szkiełko ze szkła lub plastiku wielkości znaczka pocztowego, zwane mikromacierzą DNA lub, bardziej potocznie, chipem DNA.

Chipy DNA zrobiły furorę w 1996 roku, kiedy firma Affymetrix z Santa Clara w Kalifornii wprowadziła pierwszą komercyjną wersję, którą firma nazwała GeneChip. Affymetrix wykorzystuje światłoczułe reakcje chemiczne, aby wyhodować na szklanym wafelku siatkowy wzór aż 400 000 krótkich nici DNA, zwanych sondami. Ponieważ każda sonda może wiązać się z inną sekwencją genu w próbce DNA, chipy pozwalają naukowcom na przeprowadzanie jednocześnie tysięcy oddzielnych eksperymentów. Naukowcy zajmujący się biotechnologią, farmaceutykami i Human Genome Project byli oszołomieni możliwościami: nowym zrozumieniem roli genów w chorobach serca lub antybiotykoopornością, narzędziami do diagnostyki prenatalnej lub infekcji, które zawierają wszystkie interesujące geny na jednym chipie, masowo- zautomatyzowane badania przesiewowe potencjalnych leków na dużą skalę.

Ta historia była częścią naszego wydania ze stycznia 2001 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Obecnie dziesiątki firm dostarcza produkty i usługi z chipem DNA. Wraz z rozwojem nowych sposobów wytwarzania chipów naukowcy mają teraz możliwość kupowania gotowych chipów lub budowania własnych, spersonalizowanych chipów bezpośrednio w laboratorium. A niektóre z najwcześniejszych nadziei związanych z tą technologią – szczególnie, że pomoże ona w ujawnieniu genetycznych podstaw raka – już wykazują oznaki spełnienia. Na przykład w zeszłym roku naukowcy ze Stanford University School of Medicine wykorzystali chipy DNA do odkrycia dwóch genetycznie odrębnych klas chorób w typie chłoniaka wcześniej sklasyfikowanego jako jeden nowotwór; ponieważ szansa pacjenta na przeżycie zależy w dużej mierze od tego, który z dwóch podtypów ma, zrozumienie różnic między nimi może prowadzić do lepiej dopasowanego leczenia.

Aby pokazać, jak działają chipy DNA, TR przeprowadzi Cię krok po kroku przez hipotetyczny eksperyment z rakiem.

1) Jedna ważna rola chipów DNA polega na odkrywaniu różnic genetycznych między podobnymi nowotworami – na przykład dwoma rodzajami białaczki. Aby to zrobić, zacznij od grupy pacjentów, z których niektórzy mają jeden rodzaj raka, a niektórzy inny.

2) Dla każdego pacjenta pobierz próbkę komórek nowotworowych i wyizoluj wszystkie geny, które są aktywne w tych komórkach. Zrób kopie tych genów, włączając kilka specjalnych nukleotydów lub liter DNA, które mają dołączony do nich barwnik fluorescencyjny.

3) Umieść nowe kopie genu na mikromacierzy DNA, chipie pokrytym siatką kilku tysięcy sond – krótkich odcinków DNA, z których każda wiąże się z unikalną sekwencją genu.

4) Kiedy sonda pasuje do jednego z genów aktywnych w komórkach rakowych, łączy się z kopią tego genu. Gdy nastąpi wiązanie, wypłucz dodatkowe, swobodnie unoszące się DNA.

5) Umieść chip DNA w skanerze chipów. Tam laser rzuca światło na chip i powoduje świecenie fluorescencyjnego barwnika, tworząc wzór jasnych plamek, w których oznakowane kopie genów są związane z sondami, a ciemne plamki, w których znajdują się niezwiązane sondy. Skaner wykrywa fluorescencję i rejestruje obraz siatki światła i ciemności.

6) Używając komputera, który otrzymał mapę lokalizacji każdej sondy na mikromacierzy, można określić, które geny są aktywne w każdej próbce. Dokładna analiza tych wyników może pozwolić ci wskazać małe zestawy genów, które są aktywne w jednym nowotworze, ale nie w drugim. W przyszłości geny te mogą stać się celem dla nowych leków lub stanowić podstawę nowych, wysoce specyficznych testów diagnostycznych.

Masz nową technologię, którą chcesz zobaczyć w Visualize? Wyślij swoje pomysły na adres [email protected] .

ukryć