Как работает биочип?

Генетический код человека хранится в виде двойной спирали ДНК, образованной двумя полимерными цепями. Каждая из этих цепей представляет собой длинную последовательность, образованную из четырех нуклеотидов: аденина, гуанина, тимина и цитозина.

При этом последовательность одной цепи однозначно определяет последовательность другой, поскольку нуклеиновые кислоты, расположенные на одинаковых позициях в разных цепях, являются комплементарными.

То есть если на сто тридцатой позиции в одной цепи находится аденин, то на той же позиции во второй цепи должен находится тимин, а если на двадцатой позиции во второй цепи стоит цитозин, то с полной уверенностью можно утверждать, что в первой цепи на двадцатом месте стоит гуанин. Когда две цепи объединяются в спираль, между комплементарными нуклеиновыми основаниями образуются водородные связи, которые и удерживают цепи вместе.

Именно на способности комплементарных оснований образовывать химические связи основан принцип действия биологических чипов. В ходе реакции происходит взаимодействие комплементарных цепей ДНК: одна из них (ДНК-проба) с известной последовательностью нуклеотидов зафиксирована на подложке (пластине), а другая одноцепочечная ДНК-мишень (зонд), меченная флуоресцентной меткой, вносится в ДНК-чип.

Разработанный в России биочип - это стеклянная пластинка, на которую нанесены десятки едва видимых глазом полусферических гидрогелевых ячеек, диаметром менее 100 микрон каждая и содержащих известные вещества-маркеры. При взаимодействии биочипа с исследуемым образцом, предварительно обработанным светящимся (флуоресцентным) красителем, в соответствующих ячейках происходит химическая реакция, и тогда эти ячейки начинают светиться - тем сильнее, чем интенсивнее процесс.

По сути, именно в выявлении и сопоставлении наиболее ярко светящихся ячеек и заключается работа прибора-анализатора биочипов. Таким образом, определяются различные характеристики образца - например, присутствие в организме тех или иных возбудителей инфекций или, скажем, наличие в геноме каких-либо измененных генов.

Особенность российских биочипов в том, что их ячейки заполнены гелем трехмерной структуры. Такие гели удерживают большее количество пробы, нежели двумерные, и потому чувствительность отечественных биочипов выше, а, следовательно, ниже требования к регистрирующей аппаратуре. Немаловажно и то, что реакции в объемном геле протекают так же, как и в жидкостях - а значит, как и в живом организме. Это позволяет получить результат, максимально приближенный к реальности.

На Западе исследователи пошли по другому пути, и разработали для создания ДНК-чипов процесс фотолитографии, аналогичный процессу производства кремниевых процессоров. Например, Affimetrix (США) создал GeneChip-технологию, основанную на высокоплотных чипах, содержащих ДНК-последовательности, и предназначенную для анализа генетической информации человека.

Правда, хотя такие чипы обладают гораздо большей емкостью, стоят они значительно дороже, что пока позволяет использовать их исключительно в крупных исследовательских центрах или в коммерческих клиниках.

Другим методом конструирования биочипов является использование “технологии струйного принтера” для нанесения необходимого нуклеотида в строго определенное место матрицы. Он менее дорог, но при этом не позволяет достичь высокой скорости синтеза.

www.urology.com.ua

Январь 9, 2008 — Рубрика: Медицина
Метки: , ,