Современная генетика шагнула глубоко за пределы представлений прошлого. Нынешняя наука способна формировать базы знаний на генном уровне. Генетические чипы, о которых пойдет речь в настоящей статье, способны определять признаки мутационных процессов в клетках и полиморфизм определенного гена.
1. Описание
ДНК чипы – это так называемая технология определения параметров и характеристик определенного гена, а также его свойства и эволюции.
Технология микрочипов используется в молекулярных разделах генетики и биологии. В исследованиях используются микрочипы, которые состоят из более тысячи так называемых зондов (научное название — дезоксирибонуклеотид).
ДНК зонды состоят из группы микроточек, которые закрепляются на подложке. Микроточка состоит из пико молей, образованных из цепочек нуклеотидов.
Метод гибридизации используется для определения количества и регистрации элементов молекулы гена. При этом используется флуоресцентный способ обработки данных. Этот способ определяет численность нуклеотидов заданной спирали.
2. История
Исследованиями генетической наследственности человеческого организма ученые занимаются более двух столетий. Хотя первые
результаты экспериментов и выдвигаемые теории были даны в начале двадцатого века
В 53 году двадцатого века экспериментально доказано, что в структуре белка участвуют уникальные последовательности аминокислот, которые выстроены в спиралевидную лестницу.
Разработка микрочипов была выделена из методики Саузерн-блоттинг. Эта методика состояла в том, что фрагменты генетического кадрирования переносили на твердый носитель и впоследствии с его помощью определяли последовательности нуклеотидов, которые содержатся в этом образце.
В 1987 году генетический шифр впервые был объединен в чип. В этом же году были поставлены первые эксперименты об определении экспрессий геномов в регуляции. Первые опыты проводились с помощью интерферонов молекулы.
Ранее вместо твердой поверхности использовалась фильтрованная бумага, на которую наносилось микроскопическое количество ДНК с помощью метода раскапывания.
Впервые мини-чипы использовались в 1995 году для определения экспрессии генома.
В 1997 году генетики поставили опыт, в котором безраздельный эукариотический ген находился на ДНК-чипе.
3. Принцип действия
В качестве подложки чипа используются твердые поверхности, выполненные из стекла и кремния. Существуют также миниатюрные шарики, которые используются для крепления зондов. Шарики в основном выпускает компания Illumina.
Технологии микро-кодирования отличаются следующими параметрами:
· Характеристика работы;
· Конструкция;
· Точность;
· Эффективность;
· Стоимость.
По типам ДНК зонды различаются на четыре основных вида:
· Printed – зонды изготавливаются химическим способом, после чего прилепляются к подложке. Зонд наносится иглой в определенные точки либо используется принтер (чернила обычного струйного принтера заменены на капельки нанолитрового объема).
· In-situ – способ нанесения фотолитография. Использование ультрафиолетового света для нанесения групповых нуклеотидов. Для одной группы нуклеотидов необходимо четыре раза сменить фотолитографическую маску. Первая применяется для синтезирования нуклеотидов, три оставшиеся для предотвращения защитного снятия. Один чип генетического кода составлен из ста фотолитографических масок.
· High-density – использование цветного кодирования бусинок из кварца. Бусинки распределяются случайным образом на стекле из кварца, собранного в подложку. При таком типе диагностики в одном квадратном миллиметре может быть собранно более сорока тысяч элементов.
· Bead Array – метод декодирования шариков из стекла. Каждому шарику подложки присвоен определенный адрес, который состоит из трех возможных значений последовательности.
4. Для чего необходимо
Использование технологий микроэлементов генетического кода позволяет оценить состояние и идентификацию генов живого организма. С помощью чипов возможно безраздельное и комплексное исследование биологического организма.
5. Использование в медицине и генетике
Генетика и биологическая медицина использует практические и теоретические результаты микрочипов генетического кода. Регулярно проводятся исследования для анализа экспрессии генов, благодаря чипам. При этом выявляется информация четырех направлений:
· Одно нуклеотид;
· Полиморфизм;
· Генотипирование;
· Сегментирование мутированных геномов.
Технология является эффективной при синтетическом анализе идентификации большого числа генов. При этом одновременно производиться структурный анализ, для каждого взятого нуклеотида и их последовательностях.
6. Перспективы развития
Распространенное использование этой технологии в генетики и молекулярной биологии связано с несколькими параметрами, которыми обладают современные чипы:
· Очень высокая чувствительность;
· Специфичность технологии;
· Воспроизводство экспериментальных результатов;
· Простота реализации процедур;
· Возможная реализация одновременной информации с большого количества параметров;
· Невысокая стоимость затрат.
7. Познавательные факты
В настоящее время существуют два метода традиционной диагностики, обладающие следующими характеристиками:
· Реальное время:
· Оценка численности матрицы в основании;
· Нет, труднодостижимых работ;
· Нет, этапа электрофореза, малый риск ложных результатов;
· Полученные результаты анализируются математически;
· Минимальные требования к организации лаборатории;
· Существенная экономия времени.
· Биологические чипы:
· Миниатюрные образцы;
· Маленькие затраты на работу;
· Экономия времени;
· Серийный анализ характеристик;
· Чувствительность метода;
· Простота выполнения.
Вероятно, объединив два метода диагностики можно сформировать абсолютно уникальный вид технологического анализа, который эффективно справиться со всеми задачами будущего и современности.