מערכי DNA: הליך ויישומים - ביולוגיה - 2025

מיקרו- מערך DNA , המכונה גם שבב DNA או מיקרו-DNA, מורכב מסדרה של שברי DNA העוגנים לתמיכה פיזית של חומר משתנה, פלסטיק או זכוכית. כל פיסת DNA מייצגת רצף המשלים לגן ספציפי.

המטרה העיקרית של מיקרו-מערכים היא מחקר השוואתי של ביטוי של גנים מעניינים מסוימים. לדוגמא, מקובל ליישם טכניקה זו על שתי דגימות - אחת בתנאים בריאים ואחת פתולוגית - על מנת לזהות אילו גנים באים לידי ביטוי ואילו לא נמצאים במדגם עם המצב. המדגם האמור יכול להיות תא או רקמה.

מאת פאפרג בוויקיפדיה האנגלית (הועבר מ- en.wikipedia ל- Commons.), באמצעות ויקימדיה

באופן כללי ניתן לאתר ולכמת את ביטוי הגנים בזכות השימוש במולקולות פלורסנט. המניפולציה של השבבים מתבצעת ברוב המקרים על ידי רובוט ואפשר לנתח בו זמנית מספר גדול של גנים.

טכנולוגיה חדשה זו מועילה למגוון רחב של תחומים, החל מאבחון רפואי ועד מחקרי ביולוגיה מולקולרית שונים בתחומי הפרוטאומיקה והגנומיקה.

ממה זה מורכב?

מערכי DNA (חומצה deoxyribonucleic) הם קבוצה של מקטעי DNA ספציפיים המחוברים למטריצה ​​מוצקה. רצפים אלו משלימים לגנים שרוצים ללמוד ויכולים להיות עד 10,000 גנים לס"מ ² .

מאפיינים אלה מאפשרים לימוד שיטתי ומסיבי של ביטוי הגנים של אורגניזם.

המידע שתא צריך לתפקד מקודד ביחידות המכונות "גנים". גנים מסוימים מכילים את ההוראות ליצירת מולקולות ביולוגיות חיוניות הנקראות חלבונים.

גן מתבטא אם ה- DNA שלו מועתק למולקולת RNA של מסר ביניים והביטוי של הגן יכול להשתנות תלוי ברמת התעתיק של פלח DNA זה. במקרים מסוימים, שינוי הביטוי עשוי להעיד על מחלות.

עקרון ההכלאה מאפשר הפעלת מיקרו-מערכים. DNA הוא מולקולה המורכבת מארבעה סוגים של נוקלאוטידים: אדנין, תימין, גואנין וציטוזין.

כדי ליצור את מבנה הסליל הכפול, קבוצות אדנין עם תימין וציטוזין עם גואנין. לפיכך, לשני שרשראות משלימות ניתן לחבר קשרי מימן.

סוגי מיקרו-מערכים

מבחינת מבנה המיקרו-מערכים, קיימות שתי וריאציות: ה- DNA המשלים או האוליגונוקליאוטידים המשלימים בהתאמה אישית, והמיקרו-מערכים בצפיפות גבוהה המסחריים המיוצרים על ידי חברות מסחריות, כגון Affymetrix GeneChip.

הסוג הראשון של מיקרו-מערך מאפשר ניתוח של RNA משתי דגימות שונות בשבב בודד, בעוד שהווריאציה השנייה היא מהסוג המסחרי ויש לה מספר גדול של גנים (לדוגמה, ל- Affymetrix GeneChip יש כ 12,000 גנים אנושיים) המאפשרת לנתח מדגם בודד.

תהליך

בידוד RNA

השלב הראשון בביצוע ניסוי בטכנולוגיית מיקרו-מערך הוא בידוד וטיהור של מולקולות RNA (זה יכול להיות RNA שליח או סוגים אחרים של RNA).

אם ברצונכם להשוות בין שתי דגימות (בריאות לעומת חולים, בקרה לעומת טיפול, בין השאר), יש לבצע את בידוד המולקולה בשתי הרקמות.

ייצור ותיוג של cDNA

לאחר מכן, ה- RNA נתון לתמלול הפוך בנוכחות נוקלאוטידים שכותרתו וכך יתקבל ה- DNA או ה- cDNA המשלים.

התווית יכולה להיות ניאון ויש להבחין בה בין שתי הרקמות שיש לנתח. התרכובות הפלורוסנטיות Cy3 ו- Cy5 משמשות באופן מסורתי מאחר והן פולטות פלואורסצנטי באורכי גל שונים. במקרה של Cy3, מדובר בצבע קרוב לאדום ו- Cy5 תואם את הספקטרום בין כתום לצהוב.

הַכלָאָה

ה- cDNA מעורבבים ומודגרים במערך ה- DNA כדי לאפשר הכלאה (כלומר, מתרחשת קשירה) של ה- cDNA משתי הדגימות כאשר חלק ה- DNA המונע על המשטח המוצק של המיקרו-מערך.

אחוז גבוה יותר של הכלאות עם הבדיקה במיקרו-מערך מתפרש כביטוי רקמות גבוה יותר של ה- mRNA המקביל.

קריאת מערכת

כימות הביטוי מתבצעת על ידי שילוב מערכת קורא המקצה קוד צבע לכמות הקרינה הנפלטת על ידי כל cDNA. לדוגמא, אם משתמשים באדום לסימון המצב הפתולוגי והוא הכלאה בפרופורציה גבוהה יותר, המרכיב האדום יהיה השולט ביותר.

באמצעות מערכת זו ניתן לדעת על ביטוי יתר או דיכויו של כל גן שמנותח בשני התנאים שנבחרו. במילים אחרות, ניתן לדעת את התמליל של הדגימות שהוערכו בניסוי.

לרסון, מתוך ויקימדיה

יישומים

נכון לעכשיו, מיקרו-מערכים נחשבים לכלים חזקים מאוד בתחום הרפואי. טכנולוגיה חדשה זו מאפשרת אבחון מחלות והבנה טובה יותר של אופן שינוי ביטוי הגנים בתנאים רפואיים שונים.

יתר על כן, היא מאפשרת השוואה של רקמת ביקורת ורקמה שטופלה בתרופה מסוימת, על מנת לחקור את השפעות הטיפול הרפואי האפשרי.

לשם כך משווים את המצב הרגיל ואת המצב החולה לפני מתן התרופה ואחריה. על ידי חקר השפעת התרופה על הגנום in vivo, יש לנו סקירה טובה יותר של מנגנון הפעולה שלה. כמו כן, ניתן להבין מדוע תרופות מסוימות גורמות לתופעות לוואי לא רצויות.

מחלת הסרטן

סרטן נמצא בראש רשימת המחלות שנחקרו במיקרו-DNA. מתודולוגיה זו שימשה לסיווג המחלה והפרוגנוזה, במיוחד במקרים של לוקמיה.

תחום המחקר של מצב זה כולל דחיסה ואפיון של הבסיסים המולקולריים של תאים סרטניים בכדי למצוא דפוסי ביטוי גנים המביאים לכישלונות בוויסות מחזור התא ובתהליכי מוות של תאים (או אפופטוזיס).

מחלות אחרות

באמצעות מיקרו-מערכים ניתן היה להבהיר את פרופילי הביטוי ההבדל של גנים במצבים רפואיים של אלרגיות, מחסור חיסוני ראשוני, מחלות אוטואימוניות (כמו דלקת מפרקים שגרונית) ומחלות זיהומיות.

הפניות

1. Bednar, M. (2000). טכנולוגיית יישום מיקרו-מערך DNA. מוניטור מדעי הרפואה, 6 (4), MT796-MT800.
2. Kurella, M., Hsiao, LL, Yoshida, T., Randall, JD, Chow, G., Sarang, SS, … & Gullans, SR (2001). ניתוח מיקרו-מערך DNA של תהליכים ביולוגיים מורכבים. כתב העת של החברה האמריקאית לנפרולוגיה, 12 (5), 1072-1078.
3. נגוין, DV, Bulak Arpat, A., Wang, N., & Carroll, RJ (2002). ניסויי מיקרו-מערך DNA: היבטים ביולוגיים וטכנולוגיים. ביומטריה, 58 (4), 701-717.
4. פלוס, קורות חיים (2007). מערכי DNA ויישומיהם במחקר ביו-רפואי. מגזין CENIC. מדעים ביולוגיים, 38 (2), 132-135.
5. Wiltgen, M., & Tilz, GP (2007). ניתוח מיקרו-מערך DNA: עקרונות והשפעה קלינית. המטולוגיה, 12 (4), 271-287.