Russian (CIS)English (United Kingdom)

Счастье в жизни – то чего ты достиг. Смысл жизни – все те, кто тебя любят. Н.Н.Полозова

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ПАСПОРТИЗАЦИЯ БИОЛОГИЧЕСКИМИ ЧИПАМИ

В каждой клетке есть определенная группа генов, которая включена постоянно. Как же можно узнать – активен ген или пассивен? Для этого в лабораторных условиях синтезируют пробу РНК одного из генов, благо геном расшифрован полностью, и обрабатывают ею образец ткани зародыша. Если в данном образце исследуемый ген активен — в ткани присутствуют молекулы мРНК, комплиментарные пробе РНК. В результате их взаимодействия молекула РНК пробы прочно «сплетается» с мРНК ткани — происходит гибридизация. Проба РНК помечена специальными молекулярными маркерами, которые при обработке определёнными химическими агентами дают цветную реакцию, поэтому в месте экспрессии гена ткань окрашивается в синий цвет.

Эта же технология, с помощью которой происходит создание атласа экспрессии генов, использовалась как основа работы биологических чипов (далее биочипов). Все разработки ее в России связаны с именем недавно ушедшего из жизни директора Института молекулярной биологии академика РАН А. Мирзабекова.

Биологические чипы предназначены для быстрого определения нуклеотидной последовательности ДНК в исследуемой пробе. Генетический код человека хранится в виде двойной спирали ДНК, образованной двумя полимерными цепями. Каждая из этих цепей представляет собой длинную последовательность, образованную из четырех нуклеиновых кислот: аденина, гуанина, тимина и цитозина. При этом последовательность одной цепи однозначно определяет последовательность другой, поскольку нуклеиновые кислоты, расположенные на одинаковых позициях в разных цепях, являются комплементарными. Когда две цепи объединяются в спираль, между комплементарными нуклеиновыми основаниями образуются водородные связи, которые и удерживают цепи вместе. И именно на способности комплементарных оснований образовывать химические связи основан принцип действия биологических чипов.

Технологически биочип представляет собой матрицу, состоящую из сотен и тысяч ячеек. В каждой из ячеек закреплен олигонуклеотид - последовательность из нескольких нуклеиновых кислот. Длина олигонуклеотидов во всех ячейках одинаковая, отличаются они лишь последовательностью нуклеиновых кислот. Исследуемая ДНК режется на кусочки и проходит предварительную обработку, которая заключается в том, что к каждому из кусочков прикрепляется флуоресцентная метка. Так получается набор из огромного числа маркированных олигонуклеотидов, являющихся составными частями исходной ДНК. Далее исследуемый образец наносится на все ячейки чипа, а затем, спустя некоторое время, смывается. Если в наборе имеется олигонуклеотид, комплементарный закрепленному в ячейке, то между ними образуется связь, и при промывании он не будет удален, в отличие от олигонуклеотидов, которым не нашлось комплемента. После промывки чип помещается в специальный флуоресцентный микроскоп, где по световому сигналу, «метящему» ячейки с образовавшейся парой цепей, определяется состав проб: носителем этой информации оказываются интенсивность и цвет излучения. В самом деле, «светящиеся» ячейки однозначно кодируют олигонуклеотиды исходной пробы: зная олигонуклеотиды, которые были изначально помещены в данные ячейки, и учитывая однозначность образования пар, можно сделать вывод о составе фрагмента исследуемой ДНК.

Особенность российских биочипов в том, что их ячейки заполнены гелем трехмерной структуры. Такие гели удерживают большее количество пробы, нежели двумерные, и потому чувствительность отечественных биочипов выше, а, следовательно, ниже требования к регистрирующей аппаратуре. Немаловажно и то, что реакции в объемном геле протекают так же, как и в жидкостях - а значит, как и в живом организме. Это позволяет получить результат, максимально приближенный к реальности.

В России лидером в технологии создания биочипов является Институт молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта РАН. Порядок проведения анализа с использованием тест-системы «ЛК-БИОЧИП» этого Института включает: получение лейкоцитов из костного мозга или крови пациента; выделение РНК из лейкоцитов; обратная транскрипция и два раунда мультиплексной полимеразной цепной реакции (ПЦР) – амплификация необходимых для анализа фрагментов кДНК, определяющих наличие транслокации; гибридизация – взаимодействие флуоресцентно-меченых продуктов ПЦР с зондами на биочипе; анализ флуоресцентного свечения ячеек биочипа при помощи прибора «Чип-детектор» и программы ImageWare.

Нанотехнология биочипов, разрабатываемых и внедряемых этим институтом, позволяет в течение нескольких часов идентифицировать, в частности, туберкулез и его лекарственно-устойчивые формы (49 мутаций). Созданы чипы для анализа ВИЧ, гепатитов В и С (36 подтипов), простого герпеса, особо опасных инфекций (чума, сибирская язва, оспа), также хромосомных нарушений при онкозаболеваниях.

Специалисты ГУ НИИ экспериментальной медицины РАМН разрабатывают биологический микрочип для выявления на ранней стадии одного из тяжелых осложнений сахарного диабета - диабетической нефропатии. Биочип способен уловить очень маленькие концентрации альбумина в моче, которые свидетельствуют о поражении почек, и отслеживать изменение этого показателя в течение всего лечения.

В Гематологическом научном центре РАМН создают белковые биочипы на основе иммуноглобулинов, которые позволяют найти в крови возбудителей различных заболеваний, а также антитела, гормоны, цитокины и опухолевые клетки.

На Западе исследователи пошли по другому пути, и разработали для создания ДНК-чипов процесс фотолитографии, аналогичный процессу производства кремниевых процессоров. Например, Affimetrix (США) создал GeneChip-технологию, основанную на высокоплотных чипах, содержащих ДНК-последовательности, и предназначенную для анализа генетической информации человека.

Примером другой, более простой в реализации идеи биочипов является разработка в 2008 году группы учёных из Калифорнийского технологического и Института системной биологии, которая называется «Комплексный штрихкодовый чип крови». Капельку крови подают в очень узкий канал на поверхности чипа и под небольшим давлением заставляют кровь пройти вглубь. От главного канала отходит множество боковых, ещё более тонких. Клетки крови в них не могут протиснуться, а плазма проходит свободно. Теперь она оказывается в коридоре, который внешне напоминает штрихкод: поперёк этого русла лежит большое число полосок шириной 20 микрометров. Каждая полоска покрыта специфическими антителами, притягивающими только один определённый белок. После того как кровь прореагировала с полосками, чип отправляют на «проявку». Тогда те полоски, что поймали белки, начинают флуоресцировать красным, причём тем интенсивнее, чем больше молекул-биомаркеров они собрали.

Калифорнийского технологического говорится, что Хит и его коллеги построили несколько таких чипов, каждый из которых способен одновременно выполнять отдельный анализ крови для восьми пациентов, да ещё и сразу по нескольким десяткам белков. А в течение 2010 года исследователи намерены довести возможности IBBC до распознавания 100 разных белков.

Нас ждет тотальная генетическая паспортизация всего живого, мониторинг экспрессии тех или иных генов с помощью биочипов и лечение препаратами, активирующими или ингибирующими тот или иной ген.






Полозов А.А. Слагаемые максимальной продолжительности жизни: что нового? [Текст]/  А.А. Полозов. – М.: Советский спорт, 2011. – 380с.: ил
www.polozov.nemi-ekb.ru