מערך DNA

מערכי DNA (DNA microarray, DNA chip, Gene chip) הם שבבי זכוכית או פלסטיק שעליהם מודבקות חתיכות DNA חד-גדילי.

בדרך כלל משתמשים במערכים כדי לבדוק נוכחות של mRNA. mRNA הוא מולקולת שליח (העתק זמני) שמייצגת גנים שמודפסים בתא. לכל גן מוקצה נקודה על השבב; נקודה שמאירה אחרי סריקה מעידה שהגן התבטא.

גלאים הם חתיכות DNA חד-גדילי שמודבקות בנקודות. יש מאות גלאים מכל סוג בנקודה אחת כדי לשפר את היעילות. סוגי גלאים כוללים אוליגונוקלאוטידים (גדילים קצרים), תוצרי PCR, DNA גנומי, פלסמידים ו-BACs. יש מערכי מאקרו עם מאות גלאים ומערכי מיקרו עם אלפי גלאים.


מכינים RNA מרקמות דומות כדי לקבל תמונת ביטוי של הגנים בתא. ה-RNA עובר שעתוק הפוך בעזרת רוורס טרנסקריפטאז ויוצר cDNA, העתק DNA של ה-RNA. את ה-cDNA מסמנים בצבע פלואורסצנטי. cDNA שמשלים רצף של גלאי על השבב ידבק אליו (היברידיזציה). סריקה באור מגלה נקודות זוהרות. מאחר שידוע היכן ממוקם כל גן על השבב, ניתן לדעת איזה גן היה פעיל בתאים ובתנאים הנתונים.


מכיוון שחלק גדול מהחלבונים עדיין לא מובנים ורבים מהגנים הם "housekeeping" (חיוניים לכל התאים), חוקרים משתמשים במערכים להשוואות. לדוגמה, משווים RNA מגידול במוח לדגימה ממוח בריא. גלאים שמאירים רק בדגימת הגידול מסמנים קישור בין ביטוי הגן למחלה.

לעיתים צובעים RNA של חולה בצבע אחד ושל בריא בצבע אחר, ומניחים את שתי הדוגמאות על אותו שבב. אם דגימת החולה ירוקה והבריא אדום, אז נקודה ירוקה פירושה ביטוי רק בחולה, אדום רק בבריא, וכתום פירושו ביטוי בשניהם.

אף שהשבב מאתר RNA ולא חלבונים, האנליזה נקראת "אנליזת ביטוי". כל שבב שווה ערך לאלפי בדיקות גנטיות, ולכן טכנולוגיה זו האיצה מחקר. ניתן גם לזהות מוטציות ושינויים בין פרטים, להשתמש לצרכים פורנזיים ולגלות נטייה למחלה.


פרסום ראשון של פרופיל התבטאות באמצעות שבבי DNA הופיע ב-1995 ב-Science. חוסר היכולת לסטנדרטיזציה בשבבים לא מסחריים הוביל לאימוץ תקן MIAME בעיתונות המדעית.


השבב הנפוץ הוא של חברת Affymetrix. החברה משתמשת בטכנולוגיית הפוטוליתוגרפיה ממוליכים למחצה. הייצור מתחיל משבב קוורץ בגודל 12.70 סנטימטר רבוע.

לפני ההדבקה מטפלים במשטח כדי לקבל קבוצות הידרוקסיל אחידות. משטח סילן יוצר מטריקס שמאפשר קשירה של הגלאים וצפיפות אריזה גבוהה. צפיפות זו מאפשרת לשבב להכיל יותר מחצי מיליון אתרי גלאים על פני 1.28 סנטימטר רבוע, ובכל אתר יש מיליוני מולקולות DNA זהות.

מערכי DNA הם שבבים של זכוכית או פלסטיק. עליהם מודבקות חתיכות DNA חד-גדילי.

השבב בודק mRNA. mRNA הוא שליח מהגן. הוא מראה אילו גנים פעילים בתא.


מוציאים RNA מהרקמה. הופכים את ה-RNA ל-cDNA. cDNA הוא העתק שניתן לצבוע באריזות זוהרות. המסומן נדבק לנקודות על השבב כאשר הרצפים מתאימים. כאשר מאירים את השבב, הנקודות הזוהרות מראות אילו גנים פעילים.

ממש משווים שתי דוגמאות על אותו שבב. צובעים דוגמה אחת בצבע אחד ודוגמה שנייה בצבע אחר. אם רק דוגמה אחת זוהרת, הגן פעיל רק שם. אם שניהם זוהרים, הגן פעיל בשניהם.


חוקרים משתמשים במערכים כדי לראות אילו גנים עובדים במחלה. לדוגמה, משווים דגימת גידול לדגימה בריאה. זה עוזר למצוא גנים שקשורים למחלה. אפשר גם לזהות שינויים גנטיים ולהשתמש בכך בפורנזיקה (בדיקות במשפטים).


שיטה זו פורסמה לראשונה ב-1995 בכתב עת מדעי.


חברה אחת שמייצרת שבבים נקראת Affymetrix. החברה משתמשת בשיטות מיוחדות כדי להדביק את הגלאים על המשטח.