المصفوفات الدقيقة للحمض النووي: الإجراءات والتطبيقات - مادة الاحياء - 2026

تتكون المصفوفة الدقيقة للحمض النووي ، والتي تسمى أيضًا شريحة الحمض النووي أو المصفوفة الدقيقة للحمض النووي ، من سلسلة من شظايا الحمض النووي المثبتة على دعم مادي من مادة متغيرة ، سواء كانت بلاستيكية أو زجاجية. تمثل كل قطعة من الحمض النووي تسلسلاً مكملاً لجين معين.

الهدف الرئيسي من المصفوفات الدقيقة هو الدراسة المقارنة للتعبير عن جينات معينة ذات أهمية. على سبيل المثال ، من الشائع تطبيق هذه التقنية على عينتين - واحدة في حالة صحية والأخرى مرضية - من أجل تحديد الجينات التي يتم التعبير عنها والتي ليست في العينة مع الحالة. يمكن أن تكون العينة المذكورة عبارة عن خلية أو نسيج.

بواسطة Paphrag في ويكيبيديا الإنجليزية (تم النقل من en.wikipedia إلى Commons.) ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

بشكل عام ، يمكن اكتشاف التعبير عن الجينات وتحديد كميته بفضل استخدام جزيئات الفلورسنت. يتم معالجة الرقائق في معظم الحالات بواسطة الروبوت ويمكن تحليل عدد كبير من الجينات في وقت واحد.

هذه التكنولوجيا الجديدة مفيدة لمجموعة واسعة من التخصصات ، من التشخيص الطبي إلى دراسات البيولوجيا الجزيئية المختلفة في مجالات علم البروتينات والجينوميات.

مما تتكون؟

المصفوفات الدقيقة للحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (الحمض النووي الريبي) هي مجموعة من مقاطع الحمض النووي المحددة المرتبطة بمصفوفة صلبة. هذه التسلسلات مكملة للجينات التي تريد دراستها ويمكن أن يكون هناك ما يصل إلى 10000 جين في كل سم ².

تسمح هذه الخصائص بالدراسة المنهجية والشاملة للتعبير الجيني للكائن الحي.

يتم ترميز المعلومات التي تحتاجها الخلية لتعمل بوحدات تسمى "الجينات". تحتوي بعض الجينات على تعليمات لإنشاء جزيئات بيولوجية أساسية تسمى البروتينات.

يتم التعبير عن الجين إذا تم نسخ الحمض النووي الخاص به إلى جزيء RNA مرسال وسيط ويمكن أن يختلف تعبير الجين اعتمادًا على مستوى نسخ هذا الجزء من الحمض النووي. في بعض الحالات ، قد يكون التغيير في التعبير مؤشرا على الأمراض.

مبدأ التهجين يجعل تشغيل المصفوفات الدقيقة ممكنًا. الحمض النووي هو جزيء يتكون من أربعة أنواع من النيوكليوتيدات: الأدينين ، الثايمين ، الجوانين ، والسيتوزين.

لتشكيل بنية الحلزون المزدوج ، مجموعات الأدينين مع الثايمين والسيتوزين مع الجوانين. وبالتالي ، يمكن ربط سلسلتين تكميليتين بواسطة روابط هيدروجينية.

أنواع المصفوفات الدقيقة

فيما يتعلق ببنية المصفوفات الدقيقة ، هناك نوعان مختلفان: الحمض النووي التكميلي المصنوع حسب الطلب أو قليل النيوكليوتيدات ، والمصفوفات الدقيقة التجارية عالية الكثافة المصنعة من قبل الشركات التجارية ، مثل Affymetrix GeneChip.

النوع الأول من المصفوفة الدقيقة يسمح بتحليل الحمض النووي الريبي من عينتين مختلفتين على شريحة واحدة ، بينما الاختلاف الثاني من النوع التجاري ويحتوي على عدد كبير من الجينات (على سبيل المثال ، يحتوي Affymetrix GeneChip على حوالي 12000 جين بشري) مما يسمح بالتحليل عينة واحدة.

معالجة

عزل الحمض النووي الريبي

الخطوة الأولى في إجراء تجربة باستخدام تقنية ميكروأري هي عزل وتنقية جزيئات الحمض النووي الريبي (يمكن أن يكون مرسال RNA أو أنواع أخرى من RNA).

إذا كنت تريد مقارنة عينتين (صحية مقابل مريضة ، سيطرة مقابل علاج ، من بين عينات أخرى) ، يجب إجراء عزل الجزيء في كلا الأنسجة.

إنتاج ووسم (كدنا)

بعد ذلك ، يخضع الحمض النووي الريبي لعملية النسخ العكسي في وجود النيوكليوتيدات المسمى ، وبالتالي سيتم الحصول على الحمض النووي أو (كدنا) التكميلي.

يمكن أن يكون الملصق مضيئًا ويجب أن يكون مميزًا بين النسجين المراد تحليله. بالطريقة التقليدية ، يتم استخدام المركبات الفلورية Cy3 و Cy5 ، حيث إنها تنبعث من الفلورة بأطوال موجية مختلفة. في حالة Cy3 ، يكون اللون قريبًا من الأحمر ويتوافق Cy5 مع الطيف بين البرتقالي والأصفر.

تهجين

يتم خلط cDNAs واحتضانها في المصفوفة الدقيقة للحمض النووي للسماح بتهجين (أي يحدث الارتباط) لـ (كدنا) من كلتا العينتين مع جزء من الحمض النووي ثابتًا على السطح الصلب للمصفوفة الدقيقة.

يتم تفسير نسبة أعلى من التهجين مع المسبار في المصفوفة الدقيقة على أنها تعبير أعلى عن الأنسجة من الرنا المرسال المقابل.

قراءة النظام

يتم إجراء القياس الكمي للتعبير عن طريق دمج نظام قارئ يقوم بتعيين رمز لوني لمقدار التألق المنبعث من كل (كدنا). على سبيل المثال ، إذا تم استخدام اللون الأحمر لتمييز الحالة المرضية وتم تهجينه بنسبة أعلى ، فسيكون المكون الأحمر هو الغالب.

باستخدام هذا النظام ، يمكن معرفة الإفراط في التعبير أو القمع لكل جين تم تحليله في كلتا الحالتين المحددتين. بمعنى آخر ، يمكن معرفة نسخة العينات التي تم تقييمها في التجربة.

لارسونو ، من ويكيميديا ​​كومنز

التطبيقات

حاليًا ، تعتبر المصفوفات الدقيقة أدوات قوية جدًا في المجال الطبي. تسمح هذه التقنية الجديدة بتشخيص الأمراض وفهم أفضل لكيفية تعديل التعبير الجيني في ظل ظروف طبية مختلفة.

علاوة على ذلك ، فإنه يسمح بمقارنة الأنسجة الضابطة والأنسجة المعالجة بعقار معين ، من أجل دراسة آثار العلاج الطبي المحتمل.

للقيام بذلك ، تتم مقارنة الحالة الطبيعية والحالة المرضية قبل وبعد تناول الدواء. من خلال دراسة تأثير الدواء على الجينوم في الجسم الحي ، لدينا نظرة عامة أفضل على آلية عمله. أيضًا ، يمكن فهم سبب تسبب بعض الأدوية المعينة في آثار جانبية غير مرغوب فيها.

سرطان

يتصدر السرطان قوائم الأمراض التي تمت دراستها باستخدام المصفوفات الدقيقة للحمض النووي. تم استخدام هذه المنهجية لتصنيف المرض والتنبؤ به ، خاصة في حالات اللوكيميا.

يتضمن مجال التحقيق في هذه الحالة ضغط وتوصيف القواعد الجزيئية للخلايا السرطانية للعثور على أنماط التعبير الجيني التي تؤدي إلى فشل في تنظيم دورة الخلية وفي عمليات موت الخلية (أو موت الخلايا المبرمج).

أمراض أخرى

من خلال استخدام المصفوفات الدقيقة ، كان من الممكن توضيح ملامح التعبير التفاضلي للجينات في الحالات الطبية للحساسية ، ونقص المناعة الأولية ، وأمراض المناعة الذاتية (مثل التهاب المفاصل الروماتويدي) والأمراض المعدية.

المراجع

1. بيدنار ، م. (2000). تقنية DNA Microarray والتطبيق. مونيتور العلوم الطبية ، 6 (4) ، MT796-MT800.
2. كوريلا ، إم ، هسياو ، إل إل ، يوشيدا ، تي ، راندال ، جي دي ، تشاو ، جي ، سارانج ، إس إس ،… وجولانز ، إس آر (2001) تحليل ميكروأري للحمض النووي للعمليات البيولوجية المعقدة. مجلة الجمعية الأمريكية لأمراض الكلى ، 12 (5) ، 1072-1078.
3. نغوين ، دي في ، بولاك أربات ، إيه ، وانج ، إن ، وكارول ، آر جي (2002). تجارب ميكروأري DNA: الجوانب البيولوجية والتكنولوجية. القياسات الحيوية، 58 (4) ، 701-717.
4. بلوس ، السيرة الذاتية (2007). المصفوفات الدقيقة للحمض النووي وتطبيقاتها في البحوث الطبية الحيوية. مجلة CENIC. العلوم البيولوجية ، 38 (2) ، 132-135.
5. ويلتجن ، إم ، وتيلز ، جي بي (2007). تحليل ميكروأري الحمض النووي: المبادئ والتأثير السريري. أمراض الدم، 12 (4) ، 271-287.