ԴՆԹ միկրոչիփ

ԴՆԹ միկրոչիփ (), տեխնոլոգիա` օգտագործվող մոլեկուլային կենսաբանությունում և բժշկության մեջ։ Ժամանակակից ԴՆԹ-միկրոչիփը կազմված է հազարավոր դեզօքսիօլիգոնուկլոտիդներից` զոնդերից, խմբավորված միկրոսկոպիկ կետերի տեսքով և ամրացված պինդ տակդիրի վրա։ Յուրաքանչյուր կետ պարունակում է մի քանի պիկոմոլ ԴՆԹ` որոշակի նուկլեոտիդային հաջորդականությամբ։

ԴՆԹ միկրոչիփի օլիգոնուկլեոտիդները կարող են լինել գեների կամ ԴՆԹի այլ ֆուկցիոնալ տարրերի կարճ հատվածներ  և օգտագործվում են կոմպլեմենտար ԴՆԹի (կ-ԴՆԹ) կամ մ-ՌՆԹի (կՌՆԹ) հետ  հիբրիդացման  համար։ Զոնդի և թիրախի հիբրիդացումը  գրանցվում է և քանակապես բնութագրվում ֆլուորեսցենցիայի կամ հեմիլյումինեսցենցիայի օգնությամբ, որը թույլ է տալիս որոշել նմուշում տրված հաջորդականությամբ նուկլեինաթթուների հարաբերական քանակությունը։

Սովորական ԴՆԹ-միկրոչիփում զոնդերը կովալենտ ամրացվում են պինդ մակերևույթին` ապակյա կամ սիլիցիումային չիփին։ Մյուս հարթակները, օրինակ` Illumina-ի արտադրածները , օգտագործում են միկրոսկոպիկ գնդիկներ մեծ պինդ մակերևույթների փոխարեն։

ԴՆԹ միկրոչիփերը օգտագործում են գեների էքսպրեսիայի փոփոխության վերլուծության , օլիգոնուկլոտիդային պոլիմորֆիզմի բացահայտման, գենատիպավորման կամ մուտանտային գենոմների կրկվող սեքվենավորման համար։

Միկրոչիփերը տարբերվում են իրենց դիզայնով, աշխատանքի յուրահատկություններով, ճշգրտությամբ, արդյունավետությամբ և արժեքով։

Պատմություն 
ԴՆԹ-ի միկրոչիփերի տեխնոլոգիան սկիզբ է առնում Southern blot-ից`մեթոդիկայից, որում ֆրագմենտավորված ԴՆԹ-ն տեղափոխում են  համապատասխան կրիչի վրա և հետո հայտնի նուկլոտիդային հաջորդականությամբ զոնդի օգնությամբ որոշում են նմուշում նպատակային հաջորդականության բաղադրությունը։

Առաջին անգամ տարատեսակ ԴՆԹ-ների հավաքածուն ` միավորված չիփում, օգտագործվել է 1987-ին ինտերֆերոններով գեների էքսպրեսիայի կարգավորման յուրահատկությունների բացահայտման ժամանակ։

Սկզբնական ԴՆԹ-միկրոչիփերը պատրաստվում էին ֆիլտրի թղթի վրա կԴՆԹի միկրոքանակությունների «կաթեցմամբ» :Գեների էքսպրեսիայի յուրահատկությունների որոշման համար մանրակերտ չիփերի օգտագործումը, իրագործվել է 1995թ-ին  և ամբողջական էուկարիոտ գենոմը  (Saccharomyces cerevisiae) միկրոչիփի վրա է տեղադրվել 1997 թ-ին։

Միկրոչիփերի տեսակները

Printed (spotted) microarrays 
Այս ԴՆԹ-միկրոչիփերում զոնդերը պատրաստվել էին օլիգոնուկլոտիդների քիմիական սինթեզի միջոցով և հետո ամրացվել են մասիվի տարրերին։ Զոնդերը, տեղադրվել են ասեղով ` նախապես տակդիրի վրա որոշված կետեր վրա կամ տպագրվում էին տակդիրի փոքր ցանցի վրա տպիչով, որը օգտագործում էր նույն տպագրության տեխնոլոգիան, ինչ և շիթային տպիչը , բայց թանաքի կաթիլների փոխարեն օգտագործվել էին նանո- կամ պիկո- ծավալներով պրոբերի կաթիլներ։

In-situ synthesized 
Այսպիսի միկրոչիփերը ստեղծվել են ֆոտոլիթոգրաֆիայի օգտագործմամբ։ Գործընթացն այսպիսին է, տակդիրի վրա գտնվում են կովալենտալին լինք-մոլեկուլներ՝ պաշտպանիչ խմբով ազատ ծայրին, որը կարող է հեռացվել լույսով։ ՈւՄ–լույսը ուղղորդվում է ֆոտոլիթոգրաֆիկ դիմակի միջով, հեռացնում է պաշտպանությունը և ակտիվացնում է ընտրված հիդրօքսիլ խմբերով սայթերը , որոնք սկզբնավորում են շղթայակցումը պաշտպանված նուկլեոտիդների հետ, որոնք ամրացվում են ակտիվացված սայթերին։ Դիմակը մշակված է այնպես, որ կարելի է ընտրել էքսպոզիցիայի սայթերը և այդպիսով որոշել զանգվածում կոորդինատները, որոնց վրա նուկլեոտիդը պետք է ամրացվի։

Գործընթացը կրկնվում է, օգտագործվում է նոր դիմակ, ակտիվացնում սայթերի տարբեր հավաքներ  և  տարբեր հիմքեր` թույլ տալով անհրաժեշտ ԴՆԹ-նմուշներին սինթեզվել ամեն մի սայթի վրա։  

Սինթեզի ամեն մի փուլի ժամանակ չիփի վրայի յուրաքանչյուր նմուշ պահանջում է 4 դիմակ. 1 դիմակը` սինթեզի համար և 3-ը, որպեսզի կանխվի պաշտպանության վերացումը այն տեղում և այն ժամանակ , երբ ավելացվում են 3 այլ նուկլոտիդներ։ Միջինը, 25 նուկլեոտիդ երկարությամբ ամեն մի նմուշ պահանջում է չիփի վրա 100 դիմակ։ Այդպիսի միկրոչիփերը , որպես կանոն, օգտագործում են մի քանի նմուշ ամեն մի գենի համար ` մենահատկությունը մեծացնելու և սնիպերի փնտրման համար ։

High-density bead arrays 
Illumina BeadArray  տեխնոլոգիան հիմնված է գունակոդավորված  3-մկմ քվարցային հատիկներից, որոնք պատահական կերպով տեղաբաշխված են քվարցե ապակուց կամ թելաօպտիկ խրձերից սլայդի վրա։ Հատկիները գտնվում են իրարից  5.7 մկմ հեռավորության վրա և այդպիսով ապահովվում է  ամեն քառակուսի միլիմետրի վրա 40000 էլեմենտ մասիվի խտություն։ Ամեն մի հատիկ պատված է հարյուր հազարավոր մենահատուկ օլիգոնուկլեոտիդային հաջորդականությունների պատճեններով , որոնց հետ հիբրիդացվում է վերլուծվող հաջորդականությունը։ Յուրաքանչյուր գնդիկ ունի 23 օլիգոնուկլեոտիդներից կազմված հասցե և զոնդ 50 օլիգոնուկլեոտիդ երկարությամբ։

Մասիվի արտադրության պրոցեսում հատիկները տեղաբաշխվում են սուբստրատում պատահականորեն այնպես, որ ամեն մի մասիվին բաժին է ընկնում 50000 հատիկ:Ամեն մի գեն ներկայացված է զոնդերի երկու հաջորդականություններով.: Ապակոդավորող հիբրիդացման սերիան օգտագործվում է որոշելու համար , թե ամեն մի մասիվի համար որ  օլիգոնուկլեոտիդները որ կոորդինատներում են առկա։

BeadArray-ի ապակոդավորումը 
Մասիվի ապակե գնդիկները ունեն իրենց հասցեները։ Հասցեն կազմված է ֆլուորեսցենտ նշված օլգոնուկլեոտիդնեի հաջորդականություններից, որոնցից ամեն մեկը կարող է ունենալ երեք արժեք`  0 (OFF), 1 (ON — FAM), 2 (ON —Cy3): Ամենահաճախ սխալները լինում են  ON-ի վիճակներց մեկից  OFF վիճակին անցման ժամանակ, իսկ ավելի հազվադեպ` OFF-ից  դեպի ON վիճակի ժամանակ։   ON-ի մի վիճակից ուրիշ վիճակի  անցման ժամանակ սխալները ամենահազվադեպն են, քանի որ նրանք երկու սխալների համադրում են,  մեկ կանալում  ON-ի  մի վիճակի սխալ ճանաչումը  և միևնույն ժամանակ  ON-ի ազդանշանի սխալ ճանաչումը որպես  OFF ազդանշան։ Կորեկտության ստուգման համար օգտագործվում է Հեմինգի կոդի նման կոդ։ Օրինակ ` 8 օլիգոնուկլեոտիդային հասցեի համար վերծանված հասցեում պետք է լինի ON-ի վեց վիճակ և и  OFF-ի` երկու։ Այսպիսով գոյություն ունի1520 կորեկտ և օգտագործվող հասցեներ, 272 կորեկտ, բայց չօգտագործվող հասցեներ (նրանք օգտագործվում են հազվադեպ պատահող կրկնակի սխալների ճանաչման համար) և 4769 ոչ կորեկտ հասցեներ։

Ծանոթագրություններ 

Մոլեկուլային կենսաբանության մեթոդներ
ԴՆԹ