biotechnologia


 
 

Bio-chipy

Autor: Magdalena Fikus

<img src=http://www.forumakad.pl/archiwum/99/3/artykuly/images/image024_small.jpg alt="chip" />

Choć pomysł ten narodził się w różnych krajach europejskich - w Rosji, Jugosławii i Wielkiej Brytanii - to podobno szybko wszyscy jego pierwotni twórcy znaleźli się w Stanach Zjednoczonych. Konsekwencją wprowadzenia go w życie może być znaczący przełom w wielu gałęziach nauk przyrodniczych i medycznych, ze skutkami sięgającymi w życie społeczne, ekonomiczne i polityczne. Kto wie, czy nie jest to najważniejszy wynalazek XX wieku, którego skutki ludzkość odczuje w dalekiej przyszłości?

Nowa technika spotkała się w czasie z lawinowym napływem wiedzy o chemicznej strukturze genów (objaśnienie słów wytłuszczonych patrz: Słowniczek) i w tym kontekście widzi się dziś (kto wie, jak będzie jutro) jej najważniejsze zastosowania. Jak żadna inna, pozwala na jednoczesną analizę setek i tysięcy genów poszczególnych ich właścicieli, co np. w medycynie dopuszcza tryb leczenia w pełni zindywidualizowany, dostosowany do danego pacjenta.


Molekularna pinceta

Mowa o tzw. (przez Amerykanów) bio-chipach - nie mamy jeszcze na nie ustalonego polskiego słowa, a czas jest na to najwyższy (bio-scalak brzmi podobnie obco; elektronicy, nie przejmując się językoznawcami, używają słowa chip).

Taki bio-chip, i jego szczególny typ: DNA-chip, to płytka o bokach na przykład 1 cm, w której utworzono kilkadziesiąt tysięcy zagłębień, w każdym unieruchomiono określony kawałeczek DNA. Nie do wiary, ale opracowano metodę syntezy kawałeczków DNA in situ, dzięki której w każdym mikroskopijnym zagłębieniu powstaje inny fragment. Każdy fragment będzie wychwytywał z roztworu, z którym płytka się zetknie, rozpuszczone fragmenty DNA lub RNA, o podobnej lub identycznej do niego budowie. Im bardziej podobnej, tym chwytać je będzie chętniej i więcej. Obrazowo można bio-chip porównać do zestawu molekularnych pincet. Liczba wychwytanych fragmentów decyduje o intensywności sygnału wysyłanego przez dane zagłębienie; sygnałem może być na przykład światło o określonej długości fali. Precyzyjny czytnik ocenia, które zagłębienie i ile wysyła sygnału spektralnego. Ten sam chip, po odpowiedniej obróbce, może być używany kilkakrotnie.

Najbardziej generalna idea bio-chipu sprowadza się zatem do umożliwienia jednoczesnego zajścia tysięcy wyżej opisanych reakcji w układzie zminiaturyzowanym, zarówno jeżeli chodzi o samą reakcję, jak i ocenę ilościową jej wyniku. W końcowym zamyśle proces wytwarzania bio-chipu powinien być tani. Na razie, jak to zawsze bywa w zaraniu nowej technologii, przyrząd odczytujący i interpretujący wynik kosztuje 120 tysięcy dolarów, a chip diagnostyczny w AIDS - 45 dolarów. Sposób wytworzenia chipów otoczony jest najgłębszą tajemnicą i chroniony przemyślnymi patentami. Z bio-chipami wiążą się bowiem oczekiwania astronomicznych dochodów, co każdy z nas może sobie - po chwili refleksji na temat potencjału tej technologii - świetnie wyobrazić.


Sklejanie genów

Obecnie istnieją już liczne możliwości standaryzowanej oceny aktywności znanych genów w różnych warunkach otoczenia i przy różnych modyfikacjach (mutacjach) tych genów. W takim wydaniu DNA-chip jest wyszukanym narzędziem diagnostycznym, a także może pomóc w poszukiwaniach specyficznych leków w schorzeniach, które wiążą się ze zmianami genetycznymi. Dla przykładu: standaryzowano DNA-chipy porównując aktywność genów drożdży w różnych warunkach ich wzrostu. Cały genom drożdży, liczący ponad 4 tysiące genów, znany jest od 1996 roku, można było zatem do kolejnych zagłębień DNA-chipu wstawić fragmenty wszystkich drożdżowych genów. Umożliwiano następnie ich sklejanie się z odpowiadającymi im cząsteczkami RNA, pobranymi z drożdży hodowanych w różnych warunkach i powstającymi tylko wtedy, kiedy gen jest aktywny, w ilości adekwatnej do stopnia jego aktywności. Im więcej wychwyconych z roztworu molekularną pincetką cząsteczek RNA, tym silniejszy sygnał spektralny odczytywano w czytniku. W wyniku takiej analizy okazało się, że odpowiedzią na zmianę warunków jest zawsze zmiana aktywności ("w dół" i "w górę") wielu setek genów. Technologia bio-chipów, pozwalająca na jednoczesne ujawnienie poziomu aktywności bardzo wielu genów, umożliwia wykrycie bardzo wielu dotychczas nieznanych zależności między genami i ich produktami.

Na powstanie DNA-chipów złożyły się liczne pomysły techniczne i analityczne opracowane w ciągu ostatnich dziesięcioleci, wiodące do namnażania DNA w probówce (tzw. metoda PCR), ustalania kolejności jego elementów składowych (tzw. sekwencjonowanie), oznaczania kompleksów miedzy różnymi podobnymi lub identycznymi cząsteczkami DNA i RNA (tzw. hybrydyzacja). Udział w tworzeniu bio-chipów mają też informatycy, elektronicy ze swoimi mikrometodami wytwarzania obwodów scalonych, chemicy, którzy opracowali zasadę syntezy fotolitograficznej i przedstawiciele wielu innych gałęzi nauki i techniki. Przypominam, że na powierzchni 1 cm2 mieści się kilkadziesiąt tysięcy zagłębień. W każdym przeprowadza się in situ reakcję syntezy zdefiniowanego fragmentu DNA i w każdym odczytuje się indywidualną odpowiedź. Jakiejż tu trzeba precyzji w mikromanipulacjach!


Mutacja wzorca

Od kilkunastu już lat stopniowo gromadzi się wiedzę o sekwencjach DNA: poszczególnych genach, a od 1996 roku - całych genomach. Zamykając rok 1998 znaliśmy już pełne sekwencje 23 genomów bakterii, a najświeższe osiągnięcie w tej dziedzinie, to poznanie pierwszej sekwencji genomu organizmu wielokomórkowego, mikroskopijnego robaczka z gleby, Caenorabditis elegans. Ten szybki wzrost liczby danych (prawie jeden genom bakteryjny na miesiąc) zaowocowało coraz ciekawszymi próbami porównań genów, ich organizacji i aktywności w różnych momentach rozwoju romaitych organizmów. Z tych wyników cieszą się szczególnie molekularni ewolucjoniści, którzy na podstawie podobieństw między współczesnymi genomami wnioskują o historii gatunków, o drogach rozwoju życia na Ziemi.

Ocenia się, że w genomie człowieka znajduje się około 80 tysięcy genów; znana jest już sekwencja kilku tysięcy, a nieomal wszystkie zostały "naznaczone" i zidentyfikowane jako odrębne jednostki. I te właśnie osiągnięcia najwcześniej doczekały się prób komercjalizacji w postaci DNA-chipów, które umożliwiają identyfikację różnic w budowie i aktywności genów człowieka zdrowego i chorego, zarówno na choroby genetyczne, jak i nabyte. Podobnie jak w opisanym powyżej przypadku drożdży, przygotowuje się bio-chip z unieruchomionymi fragmentami genów prawidłowych i kontaktuje się go z DNA pobranym od potencjalnego pacjenta. Obniżenie intensywności sygnału od jakiś fragmentów świadczy o słabszym sklejaniu się DNA chipu z analizowanym DNA, a zatem o różnicach w strukturze chemicznej między nimi. Inaczej mówiąc, analizowany DNA ma mutację(e) w odniesieniu do DNA wzorcowego...


Pełny tekst: kliknij tutaj

Fragment zamieszczony dzięki uprzejmości Redakcji Forum Akademickiego.


Menu główne

Podręcznik biotechnologii

Kto jest online

144 anonymous users oraz 0 registered users online.

Jesteś niezarejestrowanym lub niezalogowanym użytkownikiem.


 
 
 
Partnerzy:

laboratoria.net Nauka w Polsce Academio Fundacja NanoNet BioCen - BioCentrum Edukacji Naukowej Notatek.pl cebioforum.com materialyinzynierskie.pl Wspieram.to - POLSKI KICKSTARTER - Polska platforma finansowania społecznoœciowego.Tu zrealizujš się Twoje pomysły. Portal popularnonaukowy

Portal: Redakcja . Współpraca . Kontakt . Polecamy



Wszystkie prawa zastrzeżone 2006-2016 e-biotechnologia.pl
stat4u