CÁC VI MẠCH DNA: QUY TRÌNH VÀ ỨNG DỤNG - SINH HỌC - 2026

Một microarray DNA , còn được gọi là chip DNA hoặc DNA microarray, bao gồm một loạt các đoạn DNA được neo vào một giá đỡ vật lý của vật liệu biến đổi, hoặc nhựa hoặc thủy tinh. Mỗi đoạn DNA đại diện cho một trình tự bổ sung cho một gen cụ thể.

Mục tiêu chính của microarrays là nghiên cứu so sánh sự biểu hiện của một số gen được quan tâm. Ví dụ, kỹ thuật này thường được áp dụng cho hai mẫu - một ở tình trạng khỏe mạnh và một bệnh lý - để xác định gen nào đang được biểu hiện và gen nào không có trong mẫu có tình trạng đó. Mẫu cho biết có thể là một tế bào hoặc một mô.

Bởi Paphrag tại Wikipedia tiếng Anh (Chuyển từ en.wikipedia sang Commons.), Qua Wikimedia Commons

Nói chung, sự biểu hiện của gen có thể được phát hiện và định lượng nhờ vào việc sử dụng các phân tử huỳnh quang. Trong hầu hết các trường hợp, việc thao tác các con chip được thực hiện bởi robot và một số lượng lớn gen có thể được phân tích đồng thời.

Công nghệ mới này hữu ích cho nhiều lĩnh vực khác nhau, từ chẩn đoán y tế đến các nghiên cứu sinh học phân tử khác nhau trong lĩnh vực proteomics và genomics.

Nó bao gồm những gì?

Các vi mạch DNA (deoxyribonucleic acid) là một tập hợp các phân đoạn DNA cụ thể được gắn vào một nền rắn. Các trình tự này bổ sung cho các gen muốn được nghiên cứu và có thể có tới 10.000 gen trên mỗi cm ² .

Những đặc điểm này cho phép nghiên cứu một cách có hệ thống và quy mô về sự biểu hiện gen của một sinh vật.

Thông tin mà tế bào cần để hoạt động được mã hóa trong các đơn vị gọi là “gen”. Một số gen nhất định chứa các hướng dẫn để tạo ra các phân tử sinh học thiết yếu được gọi là protein.

Một gen được biểu hiện nếu ADN của nó được phiên mã thành phân tử trung gian ARN thông tin và sự biểu hiện của gen có thể thay đổi tùy theo mức độ phiên mã của đoạn ADN này. Trong một số trường hợp, sự thay đổi trong biểu hiện có thể là dấu hiệu của bệnh.

Nguyên tắc lai ghép làm cho hoạt động của các vi mạch có thể thực hiện được. DNA là một phân tử được tạo thành từ bốn loại nucleotide: adenine, thymine, guanine và cytosine.

Để hình thành cấu trúc xoắn kép, nhóm adenin với thymine và cytosine với guanin. Do đó, hai chuỗi bổ sung có thể được nối với nhau bằng liên kết hydro.

Các loại vi mạch

Về cấu trúc của vi mạch, có hai biến thể: DNA hoặc oligonucleotide bổ sung tùy chỉnh được tạo ra, và microarrays mật độ cao thương mại được sản xuất bởi các công ty thương mại, chẳng hạn như Affymetrix GeneChip.

Loại microarray đầu tiên cho phép phân tích RNA từ hai mẫu khác nhau trên một chip duy nhất, trong khi biến thể thứ hai thuộc loại thương mại và có một số lượng lớn gen (ví dụ, Affymetrix GeneChip có khoảng 12.000 gen người) cho phép phân tích một mẫu duy nhất.

Quá trình

Phân lập RNA

Bước đầu tiên khi tiến hành một thí nghiệm bằng công nghệ microarray là phân lập và tinh chế các phân tử RNA (nó có thể là RNA thông tin hoặc các loại RNA khác).

Nếu bạn muốn so sánh hai mẫu (khỏe mạnh so với bệnh tật, kiểm soát và điều trị, trong số những mẫu khác), việc phân lập phân tử trong cả hai mô phải được thực hiện.

Sản xuất và ghi nhãn cDNA

Sau đó, RNA phải trải qua quá trình phiên mã ngược với sự hiện diện của các nucleotide được đánh dấu và do đó DNA bổ sung hoặc cDNA sẽ thu được.

Nhãn có thể phát quang và phải phân biệt được giữa hai mô cần phân tích. Theo cách truyền thống, các hợp chất huỳnh quang Cy3 và Cy5 được sử dụng, vì chúng phát ra huỳnh quang ở các bước sóng khác nhau. Trong trường hợp của Cy3, nó là một màu gần với màu đỏ và Cy5 tương ứng với quang phổ giữa màu cam và màu vàng.

Lai ghép

Các cDNA được trộn và ủ trong microarray DNA để cho phép lai (nghĩa là xảy ra liên kết) cDNA từ cả hai mẫu với phần DNA cố định trên bề mặt rắn của microarray.

Tỷ lệ lai cao hơn với mẫu dò trong microarray được hiểu là sự biểu hiện mô cao hơn của mRNA tương ứng.

Đọc hệ thống

Việc định lượng sự biểu hiện được thực hiện bằng cách kết hợp một hệ thống đầu đọc gán mã màu cho lượng huỳnh quang phát ra bởi mỗi cDNA. Ví dụ, nếu màu đỏ được sử dụng để đánh dấu tình trạng bệnh lý và nó lai với tỷ lệ cao hơn, thành phần màu đỏ sẽ chiếm ưu thế.

Với hệ thống này, có thể biết được sự biểu hiện quá mức hoặc kìm hãm của mỗi gen được phân tích trong cả hai điều kiện đã chọn. Nói cách khác, có thể biết được bảng điểm của các mẫu được đánh giá trong thí nghiệm.

Larssono, từ Wikimedia Commons

Các ứng dụng

Hiện nay, microarrays được coi là công cụ rất mạnh trong lĩnh vực y tế. Công nghệ mới này cho phép chẩn đoán bệnh và hiểu rõ hơn về cách thức biểu hiện gen được sửa đổi trong các điều kiện y tế khác nhau.

Hơn nữa, nó cho phép so sánh mô đối chứng và mô được điều trị bằng một loại thuốc nhất định, để nghiên cứu tác động của một phương pháp điều trị y tế có thể xảy ra.

Để làm điều này, trạng thái bình thường và trạng thái bị bệnh được so sánh trước và sau khi dùng thuốc. Bằng cách nghiên cứu ảnh hưởng của thuốc trên hệ gen in vivo, chúng ta có cái nhìn tổng quan hơn về cơ chế hoạt động của nó. Ngoài ra, có thể hiểu tại sao một số loại thuốc cụ thể lại dẫn đến các tác dụng phụ không mong muốn.

Ung thư

Ung thư đứng đầu danh sách các bệnh được nghiên cứu bằng vi mạch DNA. Phương pháp này đã được sử dụng để phân loại và tiên lượng bệnh, đặc biệt là trong các trường hợp bệnh bạch cầu.

Lĩnh vực điều tra về tình trạng này liên quan đến việc nén và mô tả đặc điểm của các cơ sở phân tử của tế bào ung thư để tìm ra các kiểu biểu hiện gen dẫn đến sự thất bại trong việc điều hòa chu kỳ tế bào và trong quá trình tế bào chết (hoặc quá trình chết theo phương pháp apoptosis).

Những căn bệnh khác

Thông qua việc sử dụng các microarrays, người ta có thể làm sáng tỏ các cấu hình biểu hiện khác biệt của các gen trong các tình trạng bệnh lý dị ứng, suy giảm miễn dịch nguyên phát, các bệnh tự miễn (như viêm khớp dạng thấp) và các bệnh truyền nhiễm.

Người giới thiệu

1. Bednar, M. (2000). Ứng dụng và công nghệ DNA microarray. Màn hình Khoa học Y tế, 6 (4), MT796-MT800.
2. Kurella, M., Hsiao, LL, Yoshida, T., Randall, JD, Chow, G., Sarang, SS,… & Gullans, SR (2001). Phân tích microarray DNA của các quá trình sinh học phức tạp. Tạp chí của Hiệp hội Thận học Hoa Kỳ, 12 (5), 1072-1078.
3. Nguyen, DV, Bulak Arpat, A., Wang, N., & Carroll, RJ (2002). Thí nghiệm DNA microarray: khía cạnh sinh học và công nghệ. Sinh trắc học, 58 (4), 701-717.
4. Plous, CV (2007). Các vi mạch DNA và ứng dụng của chúng trong nghiên cứu y sinh. Tạp chí CENIC. Khoa học sinh học, 38 (2), 132-135.
5. Wiltgen, M., & Tilz, GP (2007). Phân tích DNA microarray: nguyên tắc và tác động lâm sàng. Huyết học, 12 (4), 271-287.