DNA čipy

V posledních několika letech byly přísliby biotechnologií – nové poznatky o zdraví a nemoci, lepší diagnostika a léčba – stále blíže k uskutečnění díky bezprecedentnímu proudu biologických dat proudících z výzkumných laboratoří. Jednou z klíčových technologií generujících toto kritické nové množství informací je sklíčko ze skla nebo plastu o velikosti poštovní známky, které se nazývá DNA microarray nebo, hovorověji, DNA čip.

DNA čipy zaznamenaly velký úspěch v roce 1996, kdy společnost Affymetrix se sídlem v Santa Clara v Kalifornii představila první komerční verzi, kterou společnost nazvala GeneChip. Affymetrix využívá chemické reakce citlivé na světlo k růstu mřížkového vzoru až 400 000 krátkých řetězců DNA, nazývaných sondy, na skleněném plátku. Protože se každá sonda může vázat na jinou genovou sekvenci ve vzorku DNA, čipy umožňují výzkumníkům provádět to, co by kdysi byly tisíce samostatných experimentů najednou. Výzkumníci v oblasti biotechnologie, farmacie a Human Genome Project byli oslněni těmito možnostmi: nové chápání role, kterou hrají geny při srdečních chorobách nebo rezistenci na antibiotika, nástroje pro prenatální nebo infekční diagnostiku, které zahrnují všechny geny zájmu na jediném čipu, masivní- automatizovaný screening potenciálních léků.

Tento příběh byl součástí našeho vydání z ledna 2001

• Viz zbytek čísla
• předplatit

Produkty a služby DNA čipů dnes poskytují desítky společností. S vývojem nových způsobů výroby čipů mají nyní výzkumníci možnost koupit hotové čipy nebo si vyrobit vlastní přizpůsobené čipy přímo v laboratoři. A některé z prvních nadějí ohledně této technologie – zejména, že by pomohla odhalit genetické základy rakoviny – již vykazují známky naplnění. Zrovna minulý rok například vědci z lékařské fakulty Stanfordské univerzity použili DNA čipy k objevení dvou geneticky odlišných tříd onemocnění v rámci typu lymfomu, který byl dříve klasifikován jako jedna rakovina; protože šance pacienta na přežití významně závisí na tom, který ze dvou podtypů má, pochopení rozdílů mezi těmito dvěma by mohlo vést k lépe přizpůsobené léčbě.

Abychom ukázali, jak fungují čipy DNA, TR vás krok za krokem provede hypotetickým experimentem s rakovinou.

1) Jedna důležitá role DNA čipů spočívá v odhalování genetických rozdílů mezi podobnými druhy rakoviny – například dvěma typy leukémie. Chcete-li to udělat, začali byste se skupinou pacientů, z nichž někteří mají jeden typ rakoviny a někteří z nich mají jiný.

2) U každého pacienta odeberte vzorek rakovinných buněk a izolujte všechny geny, které jsou v těchto buňkách aktivní. Vytvořte kopie těchto genů, začlenění některých speciálních nukleotidů nebo písmen DNA, ke kterým je připojeno fluorescenční barvivo.

3) Vložte nové kopie genu na DNA microarray, čip pokrytý mřížkou několika tisíc sond - krátkých úseků DNA, z nichž každá se váže na jedinečnou genovou sekvenci.

4) Když se sonda shoduje s jedním z genů, které jsou aktivní v rakovinných buňkách, naváže se na kopii tohoto genu. Jakmile dojde k navázání, omyjte extra volně plovoucí DNA pryč.

5) Vložte DNA čip do čipového skeneru. Tam laser osvětlí čip a způsobí, že fluorescenční barvivo svítí, čímž se vytvoří vzor světlých skvrn, kde jsou značené genové kopie navázány na sondy, a tmavé skvrny, kde jsou nenavázané sondy. Skener detekuje fluorescenci a zaznamenává obraz mřížky světla a tmy.

6) Pomocí počítače, do kterého byla vložena mapa, kde je každá sonda na mikročipu, můžete určit, které geny jsou aktivní v každém vzorku. Pečlivá analýza těchto výsledků vám umožní určit malé sady genů, které jsou aktivní u jedné rakoviny, ale ne u druhé. V budoucnu by se tyto geny mohly stát cílem nových léků nebo by mohly být základem pro nové, vysoce specifické diagnostické testy.

Máte novou technologii, kterou byste chtěli ve Visualize vysvětlit? Své nápady zasílejte na adresu visualize@technologyreview.com.

skrýt