Генетический чип анализирует ДНК бутерброда

[dm1try]

биологи, ау!!!


http://bio.fizteh.ru/student/biotech/dna_buterbrod.html

Оригинал статьи опубликован на сайте Membrana

Современные крошечные ДНК-чипы, заменяющие целые генетические лаборатории, способны "угадать мелодию", то есть определить ген, всего по нескольким нотам-молекулам. Для того, чтобы это стало возможным, учёным пришлось скрестить полупроводниковые технологии с биохимией.
FoodExpert-ID идентифицирует тысячи животных генов (иллюстрация с сайта affymetrix.com).
Молодая калифорнийская компания Affymetrix (начавшая свою работу в 1993 году) — один из лидеров рынка приборов для генетических исследований. Фирма известна своим революционным соединением технологий полупроводниковой, так сказать, "микросхемной", промышленности и биохимических экспериментов. ДНК-чипы от Affymetrix широко используются в разных лабораториях, занятых генетическим анализом и генной инженерией.
Но обычным людям куда интереснее другой продукт компании. Это прибор, похожий на микросхему, позволяющий идентифицировать десятки ДНК от различных животных в образце человеческой пищи.
bioMerieux FoodExpert-ID фактически — разновидность так называемого GeneChip. Прибор может идентифицировать биологические следы в пище от 12 разновидностей млекопитающих, 5 видов домашней птицы и 16 разновидностей рыбы. Таким образом, он позволяет узнать, действительно ли гусиный паштет, вызывающий у покупателя подозрения, содержит гусиную печень, а не что-то ещё.
ДНК-чип создаётся по технологиям, сходным с компьютерными, но это не электронный, а биологический объект (иллюстрация с сайта affymetrix.com).
Чтобы понять, как работает FoodExpert-ID, нужно вспомнить самую малость из генетики: двойные спирали ДНК, составляющие их молекулы-основания — аденин, гуанин, тимин и цитозин, а также то, что они могут соединяться только попарно, словно ключи и замки. ДНК-чип содержит мириады и мириады "располовиненных" фрагментов ДНК-кода.
Фрагмент поверхности чипа с молекулами-ключами (иллюстрация с сайта affymetrix.com).
Поверхность чипа размером с ноготь разделена на 97 тысяч квадратиков, названных "особенностями". Каждая "особенность" поперечником приблизительно 26 микронов содержит лишь один ДНК-код. Точнее много-много одинаковых молекул. И все они однозначно относятся к одному из 33 животных.
Длина каждого фрагмента — 17 оснований. Этого достаточно для надёжной идентификации, как достаточно 17 взятых подряд в любом месте нот, чтобы определить какую-нибудь мелодию из имеющейся базы данных.
Целую россыпь разбитых кусочков ДНК экспериментаторы выделяют из образца пищи. Чего там только нет. А чего?
"Неправильные" фрагменты генетических кодов смываются, а совпадающие — закрепляются на чипе. Красные шарики — флуоресцентные молекулы (иллюстрация с сайта affymetrix.com).
Добавим к молекулам, составляющим генетический код, молекулы флуоресцирующего вещества. Нанесём эту смесь на поверхность FoodExpert-ID. Осталось сделать немного.
Все совпадающие фрагменты кода соединятся со своими "родными" последовательностями в той или иной "особенности". Теперь чип можно промыть водой — всё лишнее уйдёт. Чип помещают под луч лазера, и квадратики, содержащие отловленный материал будут ярко светиться. Осталось лишь свериться с картой чипа, чтобы узнать — какие ДНК определены. А по интенсивности свечения можно сделать косвенный вывод и о пропорциях свинины и говядины в нашей гипотетической котлете.
Как видим, использование чипа сравнительно несложно, и позволяет заниматься генетическим анализом лабораториям, имеющим весьма простой набор оборудования. Но насколько же хитроумно производство чипа. Чтобы создавать такие биохимические шедевры автоматизировано и в массовом порядке, Affymetrix соединила принципы фотолитографии и комбинаторной химии.
Цветные квадратики — "особенности", отвечающие за идентификацию того или иного ДНК-кода (иллюстрация с сайта affymetrix.com).
Исходный продукт — кварцевая пластина — покрывается специальным реактивом, силаном, который прочно соединяется с кварцем и формирует строго периодичную молекулярную матрицу (с равномерной поверхностной плотностью), готовую принять нуклеотиды. В цепочках будущего кода основания идут вертикально вверх, а наносят их одновременно на всю поверхность, слой за слоем.
Разумеется, каждый раз на чип подают определённое вещество, и чтобы оно закрепилось только в определённых "особенностях", тех самых микронных квадратиках, используют маски, аналогичные тем, что нужны для производства микросхем.
Снимок прореагировавшего чипа с большим увеличением. Белые, красные, жёлтые квадратики — участки с высокой концентрацией флуоресцентного вещества. Зелёные, синие, чёрные — соответственно, со всё более и более с низкой (иллюстрация с сайта affymetrix.com).
С основой чипа каждый раз сцепляются лишь те основания, что освещаются через отверстия в маске ультрафиолетом. В этом процессе последовательного синтеза главное — каждый раз накладывать новую маску с микронной точностью, иначе все генетические коды на пластине перемешаются. Так, шаг за шагом (в пищевом чипе их 17, в других моделях фирмы — до 24) формируются вертикальные столбики нуклеотидных цепей, которые и создают ключи-анализаторы генов.
Эта технология служит, конечно, не только для таких забавных (на первый, возможно, взгляд) областей применения, как выявление мяса поросёнка в гусином паштете, но и для вполне серьёзных научных исследований. Ведь на поверхность чипа, теоретически, можно нанести фрагменты каких угодно генетических кодов.
Работа Affymetrix — лишнее доказательство, что самые интересные и перспективные открытия происходят на стыках наук и дисциплин. Похоже на биологическое разнообразие в природе, получаемое смешением генов. Не так ли?