Diagnosticul genetic folosind microarrays
Pentru referință: biochip ca un produs este rezultatul fuziunii dintre cele două domenii de expertiză - biotehnologie și tehnologie semiconductoare. Biocip într-un format compact, face posibilă detectarea o varietate de procese intracelulare, analizând în timp ce sute sau mii de reacții simultane. Primele încercări de a crea cipuri au fost făcute în dezvoltarea tehnologiei senzorilor, cum ar fi pH-electrozi portabile. Ulterior, odată cu dezvoltarea cunoștințelor despre structura ADN-ului, metodele de secvențiere (determinarea secvenței nucleotidice a ADN-ului din proba de testat) și PCR (multiplicare porțiunea cercetători interesați a genei, astfel încât să poată fi observate vizual, folosind orice metode), a devenit posibil să se creeze cipuri biologice în care rolul jucat de senzorii moleculei de ADN. Inițierea procesului de dezvoltare o varietate de platforme biochips a început în anii '90 ai secolului trecut. Unul dintre primul cip comercial a fost creat de Affimetrix - GeneChip. Acesta conținea mai multe mii SNP (polimorfism Engl nucleotidă Single, SNP. - polimorfismului unei singure nucleotide - diferențe în mărimea secvenței de ADN într-o singură nucleotidă (A, T, G sau C) în genomul), in anumite gene, cum ar fi p53, BRCA1 și BRCA2. Acest chip a fost produs folosind tehnologia microlitografia.
Despre acolo unde este cazul astăzi chips-uri biologice, și de ce până în prezent tehnologia nu este utilizat pe scară largă în practica medicală, vorbim cu absolvent Universitatea de Stat din Sankt-Petersburg, om de știință, genetician, director stiintific al companiei companii Alkor Bio Group „gena“, Ph.D. Grigoriem Deminym.
- Gregory arată ca un biocip?
- Să începem cu faptul că mikrobiochipy - o tehnologie care este acum folosit destul de activ în biologia moleculară și este o metodă de detecție, și anume, o metodă de determinare a oricăror variante genetice ale mutante sau normale. Înainte de a merge pe detectarea pe cipuri, genele sunt variante speciale ale reacției în lanț a polimerazei, PCR (de fapt, este - zonele de reproducere au gena de interes, astfel încât să poată fi observate vizual prin folosirea oricărei tehnici). Aceasta este una dintre metodele prin care le puteți vedea site-ul genei propagat și sunt biochipuri sau microarray.
Ce este cipul? Este o bucată de sticlă, similar cu o lamă de microscop, bine cunoscut la noi de la școală. Pe această microdroplets acoperită de sticlă (un amestec special de reactivi), acestea pot fi văzute în lumina cu ochiul liber. Aceste picături mici are loc și detectarea prezenței sau absenței mutațiilor. Când reacția a avut loc în toate picaturile, ele arata intr-un dispozitiv special, chips-uri scanner. Și, prin care picături sunt iluminate, și ceea ce - nu, cercetatorii au concluzionat: exista o mutatie sau nu. Pentru acest studiu luat orice biomaterial care cuprinde ADN-ul uman, de exemplu, saliva. Dar aceasta este doar o optiune speciala care arata ca aceasta tehnologie.
- Cum și în ce scop, în practică, se utilizează această tehnologie?
- Există diferite chips-uri, acestea sunt împărțite în două clase. Cele mai utilizate pe scară largă în cercetare chips-uri acum au primit. Pe aceste chip-uri pot fi de sute, mii, zeci de mii sau chiar milioane de puncte analizate. Pentru analiza rezultatelor obținute folosind aceste cipuri vor necesita sisteme software semnificative care obschityvayut constatări și expertiză pentru a izola rezultatul dorit. Una dintre cele mai comune utilizări ale acestor cipuri - așa-numita comparație a profilurilor de expresie (atunci când, de fapt, arată activitatea de zeci sau sute de mii de gene umane).
Folosind profilurile de expresie ale aspect, de exemplu, ca un corp uman reacționează la un anumit efect. Să luăm, de exemplu, intoxicației: probe de comparație au fost luate de la celule umane, care au fost otrăviți de unele substanțe și probe de celule umane sanatoase. Și apoi uite, comparati si trage concluzii: gene care au lucrat în mod activ ca răspuns la otrăvire, adică, genele care a început să producă proteine. Astfel, se poate presupune că mecanismele de protecție care contracarează otrava, aceste gene sunt implicate. În continuare există un studiu detaliat al acestor gene.
La fel de studiu și diverse boli. De exemplu, în bolile cardiovasculare uitam de profilul de expresie al unui om care nu are boli cardiovasculare, iar persoana care, de exemplu, a avut un accident vascular cerebral. Comparați cele două imagini, care sunt compuse din milioane de celule și de a vedea că milioane de acestea, să zicem, două mii de strălucire mai mult decât un pacient sănătos, în timp ce alte două mii, dimpotrivă, să strălucească mai slabă decât sănătoasă. Concluzie: doar aceste celule (de exemplu, acele gene, aceste mutatii) si asociate cu dezvoltarea bolii.
Principalele dezavantaje ale chips-uri de cercetare - dificultatea și durata analizei informațiilor primite. Într-un număr mare de date pot înțelege doar profesioniști foarte instruiți, și este nevoie de o mulțime de timp. În același timp, pentru a aplica aceste cunoștințe în practică este încă foarte departe, ci mai degrabă o serie de date preliminare pentru a restrânge căutarea.
Al doilea tip - cipuri sunt cipuri de diagnostic. chips-uri de diagnosticare sunt folosite în practica medicală. De la chips-uri de cercetare diferă numărul de puncte, care sunt mult mai mici (de la o duzină de la câteva sute) și precizia - este semnificativ mai mare decât cea a cercetării. riscul de erori în așchiile de diagnostic - fracțiune de procent, și este acceptabil pentru diagnostic.
Pentru referință: fibroza chistica - o boală ereditară gravă, care se manifestă în copilărie, de multe ori imediat după naștere. Fibroza chistica afecteaza aproape toate organele și sistemele corpului, în special a sistemelor respirator și digestiv. În acest caz, mortalitatea timpurie foarte mare de boala, dar în cazul în care este detectat la timp, apoi folosind pacientii terapie de intretinere poate duce o viață relativ normală. Detectat printr-o anumită metodă de diagnostic de mutație într-o genă specifică, iar gena este uneori numit - „gena fibroza chistica“ - Pot spune cu certitudine că o persoană va dezvolta această patologie. In plus, fibroza chistica - cea mai frecventă dintre bolile monogenice moștenite (boala monogenica - o boala cauzata de o mutatie intr-o singura gena), una în România pentru zece mii de copii se nasc cu aceasta boala. În unele țări, boala apare mai frecvent: una dintr-o mie de nou-născut are fibroza chistica. În același timp, conform statisticilor, unul din douăzeci de persoane în țările europene este purtătorul genei fibroza chistica.
- Copilul are fibroza chistica se va dezvolta numai dacă ambele mamei și a papei, el va moșteni un defect, gena mutantă - gena fibroza chistica. Prin urmare, este foarte important să se efectueze teste genetice pe stadiul de planificare a sarcinii. În plus, este posibil să se efectueze prenatale (prenatală) diagnostic pentru a se evita un copil cu această patologie. Ei bine, în cazul în care nici una, nici alta, nu a fost făcută, rămâne diagnosticarea precoce a fibroza chistica. În țara noastră, fibroza chistica este una dintre cele cinci boli care sunt transportate de screening neonatal, adică screening-ul tuturor nou-nascuti. În consecință, în România, în fiecare an, aproximativ 1 milion. Nou-nascutii sunt testate pentru fibroza chistica. Cum funcționează: sângele copilului este luat din calcai, a scăzut-o pe hârtie de filtru, care este apoi trimis la un laborator specializat pentru analiză. În țara noastră a adoptat un screening în trei etape pentru fibroza chistica. Biochimice efectuat un test, si diagnosticul genetic este doar o recomandare, deși este pe baza de testare genetica poate face un diagnostic precis. Acesta este motivul pentru care, în cele mai multe țări ale lumii, în cazul în care acest lucru este efectuat diagnosticare, testare genetica este inclusă în partea obligatorie a screening-ul. Crearea în țara noastră pe fibroza chistica biochip va permite utilizarea sistemului de testare certificat și modern pentru diagnosticul genetic, care îndeplinește atât cele mai recente cunoștințe internaționale și cele mai recente recomandări ale Asociației Internaționale fibroza chistica. De asemenea, permite de a detecta 90% dintre toți pacienții, în mod semnificativ superioare la sistemele de testare genetice existente în prezent și comparabile cu eficiența screening-ul biochimic, depășind astfel exactitatea lor. Avantajul jetonul pe fibroza chistica este și faptul că acesta este atât cernut și diagnosticat și anume evită mai multe proceduri de screening: în loc de trei etape, care sprijină unul pe altul, va fi doar una sau două.
- Cine deține tehnologia de creator Laura chips-uri biologice?
- România, pentru onoarea noastră, este unul dintre pionierii în dezvoltarea tehnologiei cip. La Moscova, la Institutul de Biologie Moleculara. Engelhardt Academia Rusă de Științe, condusă de academicianul A.D.Mirzabekova timp de două decenii a lucrat pentru a crea această tehnologie. Ca rezultat, așa numitele biocipuri în vrac au fost dezvoltate în cazul în care picăturile sunt gel special depus pe sticlă. Această tehnologie este utilizată în prezent în principal pentru diagnosticul tuberculozei.
- În opinia dumneavoastră, microcipuri biologice - o tehnologie promițătoare? Și modul în care este utilizat pe scară largă în prezent în practica clinică?
- Aceasta este, fără îndoială, o tehnologie promițătoare în cazurile în care este necesar să se stabilească, în același timp, un număr suficient de mare de mutații. Ca un exemplu, in diagnosticul de fibroza chistica, atunci când cipul 25 este testat imediat mutatii. În astfel de situații, desigur, tehnologia microarray este de mare importanță, deoarece economisește mult timp și reactivi și imediat oferă o imagine completă. Dacă doriți să testați un număr mai mic de analiți care se aplica alte tehnici, cum ar fi PCR în timp real.
Astăzi, cu toate acestea, cu ajutorul testelor microarray in domeniul ingrijirii sanatatii rar folosit, mult mai largă decât tehnologia utilizată în activitatea științifică, ceea ce este tipic pentru România și Europa de Vest și Statele Unite ale Americii. Multe instituții de cercetare din intreaga lume sunt la aceste sisteme și să le utilizeze în scopuri interne (pentru diagnosticare interne de la Institutul sau în pereții clinicii), dar nu pentru distribuție comercială.
- De ce această tehnologie nu este utilizat pe scară largă?
- Când am început dezvoltarea microcipului fibroza chistica, să ne vină să înțelegem de ce această tehnologie nu este larg răspândită. Acest lucru se datorează, în primul rând, costul ridicat al echipamentelor necesare pentru producerea de chips-uri. Prețul de robot special care se aplică picături pe sticlă, foarte, foarte important. Pe de altă parte, există anumite dificultăți științifice și tehnice cu care se confruntă dezvoltatorii de astfel de sisteme de testare, și, probabil, acest lucru se datorează în parte faptului că tehnologia nu a mers. Și putem presupune, de asemenea, că numărul de cazuri în Occident pur și simplu trecut la tehnologii alternative, de exemplu - secvențierea (citirea întregului genom). Desigur, unele instituții pur și simplu nu au posibilitatea de a devenit comercializat această tehnologie și, prin urmare, utilizați pentru propriile lor nevoi. O societățile comerciale au tendința de a utiliza alte tehnologii. O combinație de dezvoltare științifică și introducerea comercială nu sa întâmplat. Dar pentru diagnosticarea bolilor anumite tehnologii cip - este cu siguranță o soluție interesantă, care nu are analogii.
- Ce trebuie să aibă o educație, să se ocupe de astfel de evoluții?
- Profesioniștii care lucrează în acest domeniu - este, în primul rând, genetica. În Sankt Petersburg Universitatea de Stat de experți preparate pe Biologie și Pedologie, la Departamentul de Genetica si de reproducere. De asemenea, alte departamente, într-un fel sau altul legat de biologie moleculară, formarea de specialiști care pot lua parte la aceste evoluții. De exemplu, Departamentul de Biochimie Departamentul sau citologie și histologie.