DNA-chips

Under de senaste åren har löftena om bioteknik - ny kunskap om hälsa och sjukdomar, bättre diagnostik och behandlingar - drivits allt närmare förverkligande av en aldrig tidigare skådad ström av biologisk data som flödar från forskningslaboratorier. En av nyckelteknologierna som genererar denna viktiga nya informationsrikedom är en frimärksstorlek av glas eller plast som kallas en DNA-mikroarray eller, mer vardagligt, ett DNA-chip.

DNA-chips fick sitt stora språng 1996 när Santa Clara, Kalifornien-baserade Affymetrix introducerade den första kommersiella versionen, som företaget kallade GeneChip. Affymetrix använder ljuskänsliga kemiska reaktioner för att skapa ett rutmönster med så många som 400 000 korta DNA-strängar, kallade prober, på en glasskiva. Eftersom varje sond kan binda till en annan gensekvens i ett DNA-prov, tillåter chipsen forskare att utföra vad som en gång skulle ha varit tusentals separata experiment samtidigt. Forskare inom bioteknik, läkemedel och Human Genome Project blev bländade av möjligheterna: ny förståelse för vilken roll gener spelar i hjärtsjukdomar eller antibiotikaresistens, verktyg för prenatal eller infektionsdiagnostik som innehåller alla gener av intresse på ett enda chip, massiv- skala automatisk screening av potentiella droger.

Den här historien var en del av vårt januarinummer 2001

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Idag tillhandahåller dussintals företag produkter och tjänster med DNA-chip. Med utvecklingen av nya sätt att tillverka chipsen har forskare nu möjlighet att köpa färdiga chips eller bygga sina egna skräddarsydda chips direkt i labbet. Och några av de tidigaste förhoppningarna om tekniken - särskilt att den skulle hjälpa till att avslöja den genetiska grunden för cancer - visar redan tecken på uppfyllelse. Bara förra året, till exempel, använde forskare vid Stanford University School of Medicine DNA-chips för att upptäcka två genetiskt distinkta sjukdomsklasser inom en typ av lymfom som tidigare klassificerats som en cancer; eftersom en patients chans att överleva avsevärt beror på vilken av de två subtyperna han eller hon har, kan förståelse av skillnaderna mellan de två leda till bättre skräddarsydda behandlingar.

För att visa hur DNA-chips fungerar, leder TR dig genom ett hypotetiskt cancerexperiment, steg för steg.

1) En viktig roll för DNA-chips ligger i att avslöja de genetiska skillnaderna mellan liknande cancerformer, till exempel två typer av leukemi. För att göra det skulle du börja med en grupp patienter, av vilka några har en typ av cancer och några har en annan.

2) För varje patient, ta ett prov av cancerceller och isolera alla gener som är aktiva i dessa celler. Gör kopior av dessa gener, med några speciella nukleotider, eller DNA-bokstäver, som har ett fluorescerande färgämne fäst vid dem.

3) Lägg de nya genkopiorna på en DNA-mikroarray, ett chip täckt med ett rutnät av flera tusen sönder - korta DNA-sträckor som var och en binder till en unik gensekvens.

4) När en sond matchar en av generna som är aktiva i cancercellerna, binder den till kopian av den genen. När bindning äger rum, tvätta bort det extra fritt flytande DNA:t.

5) Sätt in DNA-chippet i chipskannern. Där lyser en laser ljus på chipet och får det fluorescerande färgämnet att glöda, vilket skapar ett mönster av ljusa fläckar där märkta genkopior är bundna till prober och mörka fläckar där det finns obundna prober. Skannern upptäcker fluorescensen och registrerar en bild av rutnätet av ljus och mörker.

6) Med hjälp av en dator som har matats med en karta över var varje sond finns på mikroarrayen kan du bestämma vilka gener som är aktiva i varje prov. Noggrann analys av dessa resultat kan göra det möjligt för dig att lokalisera små uppsättningar gener som är aktiva i en cancer men inte i den andra. I framtiden kan dessa gener bli måltavlor för nya läkemedel, eller kan ligga till grund för nya, mycket specifika diagnostiska tester.

Har du en ny teknik som du vill se förklarad i Visualize? Skicka dina idéer till [email protected].

Dölj