Pagrindinės DNR mikroschemų gamybos technologijos. DNR lustai Literatūra

) — miniatiūrinė plokštelė su jai tam tikra tvarka genetinei analizei pritaikyti žinomos sekos fragmentai.

apibūdinimas

DNR mikroschema yra įrenginys, sukurtas pagal analogiją su elektroninėmis mikroschemomis (lustais), skirtas vienu metu aptikti daug specifinių DNR sekų. DNR mikrogardelė naudojama genų ekspresijai tirti ir mutacijų paieškai atliekant biomedicininius tyrimus. Mikroschema pagaminta iš stiklo, silikono arba plastiko. DNR ant jo uždedama naudojant mašininį mikrospausdinimą ir cheminį susiuvimą daugybės tvarkingų taškų pavidalu, kurių kiekviename yra vienodas sintezuotų DNR fragmentų skaičius, turintis unikalią seką. Kitose genų hibridizacijos analizės technologijose papildomi DNR fragmentai susiuvami prie mikroskopinių karoliukų. Šiuolaikinės DNR mikrogardelės vienu metu gali išmatuoti dešimčių tūkstančių genų ekspresiją žmonėms ir nustatyti apie milijoną mutacijų. Mikroschemos, skirtos genų ekspresijai tirti, veikimo principas yra toks. Aktyvus geno darbas tam tikrame audinyje išreiškiamas jo matricos (mRNR) kaupimu. Visos iRNR išgaunamos iš audinio mėginio, o atvirkštinės transkriptazės fermento pagalba susintetinama vadinamoji komplementarioji DNR (cDNR), kuri yra daug stabilesnė ir su ja dirbti lengviau nei mRNR. Gautas cDNR rinkinys yra paženklintas naudojant fluorescencines arba radioizotopines žymes.

Atskirų cDNR kiekis mėginyje yra tiesiogiai proporcingas jų mRNR šablonų turiniui ir atitinkamai atitinkamų genų aktyvumo lygiui. KDNR mišinys uždedamas ant mikroschemos, kurios kiekviename taške susiuvami DNR fragmentai, atitinkantys vieno iš genų kodavimo seką. cDNR suranda „savo“ taškus ir prie jų prisijungia (hibridizuojasi) pagal papildomumo principą. Kuo daugiau tam tikros rūšies cDNR yra tirpale, tuo daugiau jos prijungta prie jo taško. Tada specialus nuskaitymo įrenginys nustato cDNR turinį kiekviename mikroschemos taške, o programa susieja jį su geno, kurį atstovauja tas taškas, pavadinimu. DNR mikrogardelių tyrimo rezultatas – taškų matrica, kurios intensyvumas yra tiesiogiai proporcingas atitinkamų genų aktyvumui.

Iliustracijos

Autoriai

• Naroditskis Borisas Saveljevičius
• Širinskis Vladimiras Pavlovičius
• Nesterenko Liudmila Nikolaevna

Šaltiniai

1. DNR lustų technologija / Office of Science Education and Outreach: Research Technique Fact Sheets URL: http://www.genome.gov/DIR/VIP/Learning_Tools/Fact_Sheets/dna_chip.html (žiūrėta 2009-12-10)
2. Ke Y., Stuart L., Yung C., Yan L., Hao Y. Savarankiškai surinktos vandenyje tirpių nukleorūgščių zondo plytelės, skirtos RNR hibridizacijos tyrimams be etiketės.// Mokslas – Nr. 5860 (319), 2008 m. P .180-183

Šiuolaikinės mažytės DNR lustai, pakeičiantys ištisas genetines laboratorijas, gali „atspėti melodiją“, tai yra, identifikuoti geną iš kelių molekulinių natų. Kad tai būtų įmanoma, mokslininkai turėjo sukryžminti puslaidininkių technologiją su biochemija.

Jauna Kalifornijos įmonė Affymetrix (savo veiklą pradėjo 1993 m.) yra viena iš rinkos lyderių genetinių tyrimų instrumentų srityje.

Bendrovė yra žinoma dėl savo revoliucinio puslaidininkių, taip sakant, „lustų“ pramonės technologijų derinio ir biocheminių eksperimentų.

Affymetrix DNR lustai plačiai naudojami įvairiose laboratorijose, atliekančiose genetinę analizę ir genų inžineriją.

Tačiau paprasti žmonės daug labiau domisi kitu įmonės produktu. Tai į lustą panašus prietaisas, galintis identifikuoti daugybę skirtingų gyvūnų DNR iš žmogaus maisto mėginio.

„bioMerieux FoodExpert-ID“ iš tikrųjų yra vadinamasis „GeneChip“ tipas.

Prietaisas gali atpažinti biologinius pėdsakus maiste iš 12 rūšių žinduolių, 5 rūšių naminių paukščių ir 16 rūšių žuvų.

Taigi, tai leidžia išsiaiškinti, ar pirkėjui įtarimų keliančiame žąsų paštete tikrai yra žąsų kepenėlių, o ne kažko kito.

DNR lustas kuriamas naudojant technologijas, panašias į kompiuterines, tačiau tai ne elektroninis, o biologinis objektas (iliustracija iš svetainės affymetrix.com).

O, pavyzdžiui, musulmonai gali pasitikrinti, ar nesąžiningi gamintojai neįdėjo kiaulienos į „jautienos“ kotletus.

Tačiau visa tai veikia tik naudojant papildomas laboratorines galimybes, todėl paprastas vartotojas negalės naudoti lusto „nuogas“ ant kelio.

Norint suprasti, kaip veikia FoodExpert-ID, reikia prisiminti šiek tiek genetikos: dvigubos DNR spiralės, juos sudarančios molekulės – adeninas, guaninas, timinas ir citozinas, taip pat tai, kad jas galima sujungti tik poromis, pavyzdžiui, raktus. ir spynos.

DNR mikroschemoje yra daugybė DNR kodo fragmentų „perpus“.

Lusto paviršiaus fragmentas su pagrindinėmis molekulėmis (iliustracija iš affymetrix.com).

Nago dydžio lusto paviršius padalintas į 97 000 kvadratų, vadinamų „funkcijomis“.

Kiekviena „ypatybė“, maždaug 26 mikronų skersmens, turi tik vieną DNR kodą. Tiksliau, daug, daug identiškų molekulių.

Ir jie visi aiškiai priklauso vienam iš 33 gyvūnų.

Kiekvieno fragmento ilgis yra 17 bazių. To pakanka patikimam identifikavimui, kaip ir 17 natų iš eilės bet kurioje vietoje, kad būtų galima atpažinti bet kurią melodiją iš esamos duomenų bazės.

Eksperimentuotojai iš maisto mėginio išskiria visą skaldytų DNR gabalėlių sklaidą. Ko ten nera? Ir ką?

„Neteisingi“ genetinių kodų fragmentai nuplaunami, o sutampantys tvirtinami ant lusto. Raudoni rutuliukai yra fluorescencinės molekulės (iliustracija iš affymetrix.com).

Prie molekulių, sudarančių genetinį kodą, pridėkime fluorescencinės medžiagos molekules. Šiuo mišiniu patepkime FoodExpert-ID paviršių. Liko nedaug ką nuveikti.

Visi atitinkantys kodo fragmentai bus prijungti prie jų „gimtosios“ sekos vienoje ar kitoje „funkcijoje“.

Dabar lustą galima nuplauti vandeniu – visas perteklius išnyks. Lustas dedamas po lazerio spinduliu, o kvadratai, kuriuose yra užfiksuota medžiaga, švies ryškiai. Belieka patikrinti lustinę kortelę ir išsiaiškinti, kuri DNR nustatyta.

O pagal švytėjimo intensyvumą galime padaryti netiesioginę išvadą apie kiaulienos ir jautienos proporcijas mūsų hipotetiniame kotlete.

Kaip matote, lusto naudojimas yra gana paprastas ir leidžia laboratorijoms, turinčioms labai paprastą įrangos rinkinį, atlikti genetinę analizę.

Tačiau kiek išradingas yra lustų gamyba? Norėdami sukurti tokius biocheminius šedevrus automatiškai ir masiniu mastu, Affymetrix sujungė fotolitografijos ir kombinatorinės chemijos principus.

Spalvoti kvadratai yra „funkcijos“, atsakingos už konkretaus DNR kodo identifikavimą (iliustracija iš affymetrix.com).

Pradinis produktas – kvarco plokštė – padengtas specialiu reagentu silanu, kuris tvirtai susijungia su kvarcu ir sudaro griežtai periodišką molekulinę matricą (vienodo paviršiaus tankio), paruoštą priimti nukleotidus.

Būsimo kodo grandinėse pagrindai eina vertikaliai aukštyn ir vienu metu dedami ant viso paviršiaus, sluoksnis po sluoksnio.

Žinoma, kiekvieną kartą, kai į lustą tiekiama tam tikra medžiaga, ir norint, kad ji būtų fiksuota tik tam tikrose „funkcijose“, naudojami tie patys mikronų kvadratai, kaukės, panašios į tas, kurios reikalingos mikroschemų gamybai.

Didelio padidinimo sureagavo lusto kadras. Balti, raudoni, geltoni kvadratai yra sritys, kuriose yra didelė fluorescencinės medžiagos koncentracija. Žalia, mėlyna, juoda – atitinkamai su vis žemesniais (iliustracija iš svetainės affymetrix.com).

Kiekvieną kartą prie lusto pagrindo prilimpa tik tie pagrindai, kurie pro kaukės skylutes apšviečiami ultravioletiniais spinduliais.

Šiame nuoseklios sintezės procese svarbiausia kiekvieną kartą mikronų tikslumu uždėti naują kaukę, kitaip visi genetiniai kodai plokštelėje susimaišys.

Taigi žingsnis po žingsnio (maisto mikroschemoje jų yra 17, kituose įmonės modeliuose iki 24) formuojasi vertikalios nukleotidų grandinių stulpeliai, kurie sukuria genų analizatoriaus raktus.

Ši technologija, žinoma, pasitarnauja ne tik tokioms linksmybėms (galbūt iš pirmo žvilgsnio) kaip kiaulienos identifikavimas žąsies paštete, bet ir gana rimtiems moksliniams tyrimams.

Juk teoriškai ant lusto paviršiaus galima pritaikyti bet kokių genetinių kodų fragmentus.

Affymetrix darbas yra dar vienas įrodymas, kad įdomiausi ir daug žadantys atradimai įvyksta mokslų ir disciplinų sankirtose.

Panaši į biologinę įvairovę gamtoje, susidariusią susimaišius genams. Ar ne taip?

DNR mikroschema dažniausiai yra maža poliruoto silicio plokštelė su specialiais DNR zondais, pritvirtintais prie jos paviršiaus. Būtent zondai yra atsakingi už DNR atpažinimą. Zondas yra maža dirbtinai susintetinta DNR dalis, skirta identifikuoti vieną mutaciją. Skirtingų gamintojų lustuose yra nuo kelių šimtų iki kelių milijonų zondų, ir kiekvienas iš jų yra unikali mutacija.

Prieš analizę mikroschemoje, DNR išskiriama, pavyzdžiui, iš seilių, išvaloma nuo pašalinių medžiagų ir supjaustoma į mažus fragmentus.

Tada tirpalas su šiais fragmentais užtepamas ant lusto ir kuriam laikui paliekamas. Šis etapas vadinamas inkubacija. Per šį laiką tiriamos DNR fragmentai prasiskverbia tarp lusto zondų, tada procesas gali vykti dviem keliais. Vienu atveju, jei DNR fragmento seka yra veidrodinis vaizdas (papildomas) zondo DNR sekai, įvyks sulipimas (hibridizacija), nes papildomos DNR dalys susilieja kaip užtrauktuko kraštai. Jei fragmentas tik iš dalies panašus į zondą arba visai nepanašus, hibridizacija neįvyks ir toliau laisvai plūduriuos tarp zondų.

Po inkubacijos prasideda plovimo etapas, iš kurio iš lusto pašalinami nesusieti fragmentai. Tokiu atveju pašalinami ne tik laisvi fragmentai, bet ir tie, kurie yra tik iš dalies hibridizuoti. Jei hibridizacija įvyksta iš dalies, tai reiškia, kad fragmentas nevisiškai tilpo į zondą ir jį reikia pašalinti. Visiškai vienas kitą papildantys DNR fragmentai taip gerai prilimpa prie zondo, kad šiame etape nėra nuplaunami.

Po plovimo lustoje lieka zondai, susiję su žmogaus DNR sritimis ir laisvi zondai.

Paskutiniame etape identifikuojami tie zondai, prie kurių yra prijungti tiriamos DNR fragmentai. Čia požiūriai skiriasi. Pavyzdžiui, ant lusto uždedamas specialus šviečiantis ženklas, kuris yra tvirtai prijungtas tik prie „suveikiančių“ zondų. Nepririštos žymės vėl nuplaunamos, o tada mikroskopu nufotografuojamas lustas. Rezultatas yra tinklelis, sudarytas iš daugybės skirtingų ryškumo skirtingų spalvų taškų. Žinodami, kuriame taške yra zondas, galite tiksliai suprasti, kokias DNR sekas turi žmogus, tai yra, kokias mutacijas jis turi.

Tiriama DNR pjaunama specialiais fermentais, restrikcijos fermentais, kurie nukleotidų sekoje atpažįsta ypatingus derinius ir pagal juos supjaustomi. Šios specialios nukleotidų kombinacijos yra gana tolygiai išsibarsčiusios visoje DNR, todėl fragmentai yra gana vienodo ilgio.

Vienodas pritaikymas lustui pasiekiamas pritaikius fragmentus tirpalo pavidalu. O jame terminis (brauno) judėjimas molekules paskirsto tolygiai. Belieka lašelį tirpalo užlašinti ant lusto vietos, kurioje yra zondai. Ir tai nėra sunku - paprastai tokio lusto lango matmenys yra ne didesni kaip 10x10 mm.

Atsakymas

komentuoti

Pastaruoju metu aktyviai vystomos DNR technologijos, kurios leidžia ne tik nustatyti požymį, bet ir vienu metu atlikti diferencinį sekvenavimą, t.y. taškinių mutacijų ar polimorfizmų nustatymas žinomose genomo srityse. Šios technologijos turi didelių pranašumų prieš tradicinius molekulinės biologijos metodus, nes jie leidžia miniatiūrizuoti tiriamąjį mėginį ir analizatorių, o tai žymiai sumažina analizės sąnaudas ir jos laiką, taip pat vienu metu nustatyti įvairius tiriamojo mėginio parametrus, neprarandant amplifikacijos metodų jautrumo. Pagrindinis metodų, pagrįstų lustų naudojimu su visų galimų tam tikro ilgio nukleotidų sekų oligonukleotidais, privalumas yra jų universalumas. Bet kokios sekos oligonukleotido buvimas mikroschemoje leidžia analizuoti bet kurią tiriamą seką. Mikroschemų naudojimas grindžiamas greito tam tikrų ligandų sąveikos su daugybe skirtingų zondų vienu metu nustatymo principu. Tiesą sakant, biologinės mikroschemos yra viena ar kita kieta atrama, ant kurios dedami arba tam tikri nukleorūgščių fragmentai, arba baltymai, arba angliavandeniai, arba bet kokios kitos zondo molekulės, kurios gali būti atpažįstamos arba pasižyminčios biologiniu aktyvumu. Skirtingų zondų skaičius ant substrato gali siekti šimtus tūkstančių, o kiekvieno tipo lustai yra griežtai identiški ir, naudojant esamas technologijas, gali būti atkartojami šimtais tūkstančių ir milijonais kopijų, nusėdusių ant substrato.

DNR mikrogardelės

Yra baltymų, DNR, angliavandenių ir audinių lustai. DNR lustai nusipelno ypatingo dėmesio. Jie yra unikalus analizės įrankis, leidžiantis nustatyti nurodytų DNR sekų buvimą analizuojamame mėginyje (dažniausiai biologinės kilmės) (vadinamoji hibridizacijos analizė). Analizės atlikimas naudojant DNR lustus yra kelis kartus pigesnis nei naudojant alternatyvias technologijas (elektroforezę, realaus laiko PGR) ir su paprastu detektoriumi leidžia dirbti ne laboratorijoje.

DNR lustai pirmą kartą buvo panaudoti tyrimams praėjusio amžiaus 80-ųjų pabaigoje. Šis dabar plačiai paplitęs metodas, leidžiantis vienu metu analizuoti daugelio genų ekspresiją, yra pagrįstas mRNR arba cDNR taikinių atpažinimo principu, juos hibridizuojant su vienagrandžiais DNR fragmentais, imobilizuotais mikroschemoje.

DNR lustas – tai kieta atrama, ant kurios imobilizuojami (dažniausiai kovalentiškai) skirtingo ilgio viengrandžiai DNR fragmentai: trumpieji - 15-25 nukleotidai, ilgi - 25-60 nukleotidų, o cDNR fragmentai - nuo 100 iki 3000 nukleotidų. Kaip pagrindo medžiagos naudojamas stiklas, silicis, įvairūs polimerai, hidrogeliai (pavyzdžiui, poliakrilamido pagrindu) ir net auksas.

Hibridizacija yra technologijos pagrindas

Visų šiuolaikinių DNR technologijų pagrindas yra hibridizacija. Dėl hibridizacijos nukleorūgščių molekulės gali sudaryti stabilias dvigrandes struktūras dėl ryšių tarp molekulių elementų - nukleotidų. Nukleotidas adeninas (A) yra komplementarus timinui (T), guaninas (G) – citozinui (C). Dėl to viengrandė nukleotidų seka ATGC sudarys stabilią asociaciją, dvigrandę struktūrą su viengrande DNR molekule, kurios sudėtis TACG.

….. ATGC….

| | | |

….. TACG….

Toks komplementarumas veda prie dviejų DNR molekulių „sulipimo“, iš kurių viena gali būti fiksuotai pritvirtinta prie substrato ir sudaryti DNR lusto elementą. Kuo daugiau molekulių, kurios papildo lusto elementus, yra pavyzdyje, tuo daugiau jų prisijungs prie lusto ir tuo didesnis bus iš šio elemento gaunamo signalo intensyvumas. Fig. 1 paveiksle parodytas DNR ląstelės arba oligonukleotido biolusto veikimo principas, pagrįstas komplementaria adenino bazės sąveika ( A) su timinu ( T) ir guaninas ( G) su citozinu ( SU) dviejose DNR grandinėse. Jei bazių seka vienoje DNR grandinėje (arba oligonukleotide) visiškai papildo kitos grandinės seką, susidaro stabili tobula dvigrandė spiralė - dupleksas. Tačiau, pavyzdžiui, dvipusėje sistemoje yra net viena neteisinga pora G-G, neleidžia susidaryti dupleksui. Jei viename iš mikroschemos elementų imobilizuojate specifinę viengrandę DNR arba, tarkime, 20-merų oligonukleotidą (zondą), tada, kai į mikroschemą pridedami DNR fragmentai, pažymėti fluorescenciniais dažais, pavyzdžiui, žmogaus genomas, įvyks labai specifinė jų sąveika. Tam tikras biolusto oligonukleotidinis elementas specifiškai suriš tik vieną komplementarią seką iš 4 20 =1,09 x 10 12 visų galimų tokio ilgio sekų DNR. Dėl to fluorescencinis švytėjimas stebimas tik šiame papildomame biolusto elemente. Taigi, vienas biolusto elementas sukuria vieną pavyzdį iš maždaug trilijono galimų variantų, priešingai nei elektroninės lusto elementas, kuriame vyksta dvejetainis mėginių ėmimas: TAIP arba NE.

Ryžiai. 1. DNR dvigubos spiralės susidarymo biočipe schema. Oligonukleotidas yra fiksuotas ant vieno iš biolusto elementų ir selektyviai suriša tik komplementarųjį iš daugelio fluorescenciniu būdu pažymėtų DNR fragmentų. Dėl to tik šis elementas pradeda švytėti. Taip atsitinka dėl labai specifinės komplementarių nukleotidų porų sąveikos A Su T Ir G Su SU. Nekomplementarios poros buvimas, pvz. G-G, apsaugo nuo sąveikos ir palieka mikroschemos elementą tamsų.

Hibridizacijos parametrams nustatyti naudojami prietaisai leidžia fiksuoti ne tik galutinį rezultatą, bet ir papildomų grandinių asociacijos bei disociacijos kinetiką. Šios technologijos, įgalindamos kelių parametrų mėginių analizę, gali suteikti daug informacijos. Hibridizacijos rezultatai priklauso nuo DNR mėginio ilgio, pažymėtos tikslinės DNR cheminės sudėties, temperatūros, kurioje atliekama hibridizacija, hibridizacijos mišinio sudėties ir fluorescencinio žymens tipo. Čia reikia pažymėti, kad DNR lustai daugiausia naudoja pasyvią hibridizaciją, t.y. tikslinės DNR sąveika su imobilizuotu mėginiu yra tikimybinis procesas ir priklauso nuo įvairių sąlygų.

DNR lustų pritaikymas

Būsenos įvertinimas ir visų tiriamo organizmo genų nustatymas – vienas svarbiausių DNR lustų kūrėjams keliamų uždavinių. Šios problemos sprendimas gali būti įgyvendintas imobilizuojant visus kūno genus biologiniame luste, kuris leis visapusiškai įvertinti genų ir viso genomo būklę. Biogenetinės duomenų bazės, kuriose yra visa (susisteminta) informacija apie įvairių organizmų genus ir genomus, suteikia mokslininkams didžiules galimybes kuriant DNR lustus.

Pagrindinės priežastys, dėl kurių plačiai paplitę biolustų tyrimai, yra didelis jautrumas, specifiškumas ir atkuriamumas, įgyvendinimo procedūros paprastumas, galimybė vienu metu analizuoti daugybę parametrų ir palyginti maža darbų kaina. Dėl tų pačių priežasčių biolustas laikome perspektyvia priemone įvairiose šalies ekonomikos srityse.

Apibendrinant reikėtų pažymėti, kad mikrogardelės yra efektyvus būdas vienu metu identifikuoti dešimtis ar tūkstančius genų ir atlikti jų struktūrinę analizę, nustatyti konkrečias nukleotidų sekas ir jų struktūros nukleotidų variacijas. Tačiau kai genų genome yra viena ar kelios kopijos, su kuriomis nuolat susiduriama klinikinėje praktikoje, reikalinga išankstinė jų amplifikacija. Veiksmingiausias DNR amplifikacijos metodas yra polimerazės grandininė reakcija, kurios metu DNR molekulių skaičius didėja nuo kelių iki milijonų ar daugiau kopijų, o pagrindinis šio tipo PGR, pvz., Real Time, pranašumas leidžia net kiekybinis tiriamos matricos vertinimas. Tai svarbu sprendžiant fundamentaliųjų ir integralinių mokslų raidos problemas bei optimizuojant diagnostikos metodų sąlygas.

Taigi du metodai, jau tapę tradiciniais kai kurioms mokslo ir taikomųjų technologijų sritims, kartu su trūkumais turi visiškai unikalių privalumų.

PCR realiuoju laiku:

· leidžia įvertinti pradinės matricos kiekį;

· nereikalauja papildomų darbui imlių darbo žingsnių;

· elektroforezės stadijos nebuvimas leidžia sumažinti užteršimo riziką ir taip sumažinti klaidingai teigiamų rezultatų skaičių;

· matematinių analizės metodų naudojimas leidžia automatiškai interpretuoti gautus rezultatus ir pašalina subjektyvaus elektroferogramų vertinimo problemą;

· numato ne tokius griežtus PGR laboratorijos organizavimo ir rezultatų automatinio registravimo bei interpretavimo reikalavimus;

· leidžia sutaupyti laiko.

Biologinės mikroschemos:

· leisti miniatiūrizuoti mėginį ir analizatorių;

· taupomas analizės laikas ir sąnaudos;

· leidžia vienu metu nustatyti kelis tiriamojo mėginio parametrus;

· pasižymi dideliu amplifikacijos metodų jautrumu, specifiškumu ir atkuriamumu;

· Užtikrina darbo procedūros paprastumą.

Gali būti, kad šių metodų derinys paverčiant polimerazės grandininę reakciją į mikroschemos formatą leis sukurti naujos kartos diagnostinę sistemą, kuri pasižymės šiomis savybėmis: didesniu jautrumu ir, svarbiausia, specifiškumu nustatymui. nukleino rūgščių, didelis produktyvumas mažomis analizės sąnaudomis, bendras manipuliacijų skaičiaus sumažinimas kiekviename analizės etape.

Jauna Kalifornijos įmonė Affymetrix (savo veiklą pradėjo 1993 m.) yra viena iš rinkos lyderių genetiniams tyrimams skirtų prietaisų srityje.

Kompanija žinoma dėl savo revoliucinio puslaidininkinių, taip sakant, „lustų“ pramonės technologijų ir biocheminių tyrimų derinio.

Affymetrix DNR lustai plačiai naudojami įvairiose laboratorijose, atliekančiose genetinę analizę ir genų inžineriją.

Tačiau paprasti žmonės daug labiau domisi kitu įmonės produktu. Tai į mikroschemą panašus prietaisas, leidžiantis žmogaus maisto pavyzdyje identifikuoti daugybę skirtingų gyvūnų DNR.

bioMerieux FoodExpert-ID praktiškai yra vadinamojo GeneChip variantas.

Prietaisas gali nustatyti biologinius pėdsakus maiste iš 12 rūšių žinduolių, 5 rūšių naminių paukščių ir 16 rūšių žuvų.

Taip galima išsiaiškinti, ar pirkėjui įtarimą keliančiame žąsų paštete tikrai yra žąsų kepenėlių, o ne kažkas kita.

DNR lustas kuriamas naudojant technologijas, panašias į kompiuterines, tačiau tai ne elektrinis, o bio objektas (iliustracija iš svetainės affymetrix.com).

O, pavyzdžiui, musulmonai gali patikrinti, ar neatsargūs gamintojai neįdėjo kiaulienos į „jautienos“ kotletus.

Tačiau visa tai veikia tik naudojant papildomas laboratorijos galimybes, todėl paprastas vartotojas negalės naudoti lusto „nuogas“ ant kelio.

Norint suprasti, kaip veikia FoodExpert-ID, reikia prisiminti šiek tiek genetikos: dvigubos DNR spiralės, jas sudarančios molekulės – adeninas, guaninas, timinas ir citozinas, ir tai, kad jas galima sujungti tik poromis, pavyzdžiui, raktus ir spynos.

DNR mikroschemoje yra daugybė DNR kodo fragmentų „perpus“.

Lustos paviršiaus gabalas su pagrindinėmis molekulėmis (iliustracija iš affymetrix.com svetainės).

Nago dydžio lusto paviršius yra padalintas į 97 tūkstančius kvadratų, vadinamų „funkcijomis“.

Bet kurioje maždaug 26 mikronų skersmens „funkcijoje“ yra tik vienas DNR kodas. Tiksliau, daug, daug panašių molekulių.

Ir jie visi tikrai priklauso vienam iš 33 gyvūnų.

Kiekvienos dalies ilgis yra 17 bazių. To pakanka patikimam identifikavimui, kaip ir 17 natų, paimtų bet kur, kad būtų galima rasti bet kokią melodiją iš esamos duomenų bazės.

Eksperimentuotojai iš maisto standarto išskiria visą skaldytų DNR gabalėlių sklaidą. Ko ten nera? Ir ką?

„Neteisingi“ genetinių kodų gabalai nuplaunami, o sutampantys užfiksuojami ant lusto. Rausvi rutuliukai yra fluorescencinės molekulės (iliustracija iš svetainės affymetrix.com).

Prie molekulių, sudarančių genetinį kodą, pridėkime fluorescencinės medžiagos molekules. Šiuo mišiniu patepkime FoodExpert-ID paviršių. Liko nedaug ką nuveikti.

Visos atitinkamos kodo dalys bus sujungtos su jų „gimtosios“ sekomis vienoje ar kitoje „funkcijoje“.

Dabar lustą galima nuplauti vandeniu – visas perteklius išnyks. Lustas dedamas po lazerio spinduliu, o kvadratai, kuriuose yra užfiksuota medžiaga, spindės ryškiai. Belieka tik patikrinti lusto žemėlapį ir išsiaiškinti, kuri DNR buvo nustatyta.

O pagal švytėjimo intensyvumą galime padaryti netiesioginę išvadą apie kiaulienos ir jautienos proporcijas mūsų hipotetiniame kotlete.

Kaip matome, lusto įdiegimas yra gana lengvas ir leidžia laboratorijoms, turinčioms labai įprastą įrangos rinkinį, atlikti genetinę analizę.

Tačiau koks išradingas yra lusto sukūrimas. Norėdami sukurti tokius biocheminius šedevrus automatiškai ir masiniu mastu, Affymetrix sujungė fotolitografijos ir kombinatorinės chemijos principus.

Spalvoti kvadratai yra „funkcijos“, atsakingos už vieno ar kito DNR kodo identifikavimą (iliustracija iš svetainės affymetrix.com).

Pradinis produktas – kvarco plokštė – padengtas specialiu reagentu silanu, kuris tvirtai susijungia su kvarcu ir sudaro griežtai periodišką molekulinę matricą (vienodo paviršiaus tankio), paruoštą priimti nukleotidus.

Būsimo kodo grandinėse pagrindai eina vertikaliai į viršų, o jie dedami ant viso paviršiaus vienu metu, sluoksnis po sluoksnio.

Akivaizdu, kad kiekvieną kartą, kai į lustą tiekiama tam tikra medžiaga ir taip, kad ji būtų fiksuota tik tam tikrose „funkcijose“, naudojami tie mikronų kvadratai, kaukės, panašios į tas, kurios reikalingos mikroschemų gamybai.

Sureagavo lusto kadras su didžiuliu impulsu. Sniego baltumo, rausvai geltoni kvadratai yra sritys, kuriose yra didžiausia fluorescencinės medžiagos koncentracija. Žalia, mėlyna, juoda – atitinkamai su vis žemesniais (iliustracija iš svetainės affymetrix.com).

Kiekvieną kartą prie lusto pagrindo prilimpa tik tie pagrindai, kurie pro kaukės skylutes apšviečiami ultravioletiniais spinduliais.

Šiame kintamos sintezės procese svarbiausia kiekvieną kartą mikronų tikslumu uždėti naujausią kaukę, kitaip visi genetiniai kodai plokštelėje susimaišys.

Taigi žingsnis po žingsnio (maisto mikroschemoje jų yra 17, kituose įmonės modeliuose iki 24) formuojasi vertikalios nukleotidų grandinių stulpeliai, kurie daro genų analizatoriaus raktus.

Ši plėtra, žinoma, pasitarnauja ne tik tokioms juokingoms (galbūt iš pirmo žvilgsnio) įgyvendinimo sritims kaip kiaulienos identifikavimas žąsies paštete, bet ir visiškai rimtiems tyrimams.

Juk lusto paviršiuje teoriniu lygmeniu galima pritaikyti bet kokių genetinių kodų gabalus.

Affymetrix darbas yra gausus įrodymas, kad labiausiai verti dėmesio ir daug žadantys atradimai įvyksta mokslų ir disciplinų sankirtoje.

Panašus į biologinį gausumą gamtoje, gaunamas maišant genus. Ar ne taip?