DNA-Chips

In den letzten Jahren wurden die Versprechen der Biotechnologie – neue Erkenntnisse über Gesundheit und Krankheit, bessere Diagnostik und Behandlungen – durch eine beispiellose Flut biologischer Daten aus Forschungslabors immer näher zur Verwirklichung gebracht. Eine der Schlüsseltechnologien, die diese entscheidende neue Informationsfülle generiert, ist ein briefmarkengroßer Objektträger aus Glas oder Kunststoff, der DNA-Mikroarray oder umgangssprachlich DNA-Chip genannt wird.

DNA-Chips machten 1996 große Furore, als Affymetrix aus Santa Clara, Kalifornien, die erste kommerzielle Version vorstellte, die das Unternehmen GeneChip nannte. Affymetrix verwendet lichtempfindliche chemische Reaktionen, um ein gitterartiges Muster von bis zu 400.000 kurzen DNA-Strängen, sogenannten Sonden, auf einem Glaswafer zu züchten. Da jede Sonde an eine andere Gensequenz in einer DNA-Probe binden kann, ermöglichen die Chips den Forschern, gleichzeitig Tausende von separaten Experimenten durchzuführen. Forscher der Biotechnologie, Pharmazie und des Human Genome Project waren fasziniert von den Möglichkeiten: neues Verständnis der Rolle von Genen bei Herzerkrankungen oder Antibiotikaresistenzen, Werkzeuge für die pränatale oder Infektionsdiagnostik, die alle interessierenden Gene auf einem einzigen Chip vereint, massive automatisiertes Screening potenzieller Medikamente.

Neue Technologien, die die Welt verändern werden

Diese Geschichte war Teil unserer Januar-Ausgabe 2001



von Menschen geschaffene Tiere
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Heute bieten Dutzende von Unternehmen DNA-Chip-Produkte und -Dienstleistungen an. Mit der Entwicklung neuer Verfahren zur Herstellung der Chips haben Forscher nun die Möglichkeit, fertige Chips zu kaufen oder direkt im Labor ihre eigenen kundenspezifischen Chips zu bauen. Und einige der frühesten Hoffnungen in Bezug auf die Technologie – insbesondere, dass sie dazu beitragen würde, die genetischen Grundlagen von Krebs aufzudecken – zeigen bereits Anzeichen der Erfüllung. Erst letztes Jahr zum Beispiel haben Forscher der Stanford University School of Medicine DNA-Chips verwendet, um zwei genetisch unterschiedliche Krankheitsklassen innerhalb eines Lymphomtyps zu entdecken, der zuvor als ein Krebs eingestuft wurde; Da die Überlebenschance eines Patienten maßgeblich davon abhängt, welchen der beiden Subtypen er hat, könnte das Verständnis der Unterschiede zwischen den beiden zu besser zugeschnittenen Behandlungen führen.

Um zu zeigen, wie DNA-Chips funktionieren, führt Sie TR Schritt für Schritt durch ein hypothetisches Krebsexperiment.

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1) Eine wichtige Rolle für DNA-Chips besteht darin, die genetischen Unterschiede zwischen ähnlichen Krebsarten aufzudecken – zum Beispiel zwei Arten von Leukämie. Um dies zu tun, würden Sie mit einer Gruppe von Patienten beginnen, von denen einige eine Krebsart haben und andere eine andere.

2) Nehmen Sie für jeden Patienten eine Probe von Krebszellen und isolieren Sie alle Gene, die in diesen Zellen aktiv sind. Machen Sie Kopien dieser Gene, die einige spezielle Nukleotide oder DNA-Buchstaben enthalten, an denen ein Fluoreszenzfarbstoff befestigt ist.

3) Legen Sie die neuen Genkopien auf einen DNA-Mikroarray, einen Chip, der mit einem Raster von mehreren Tausend Sonden bedeckt ist – kurze DNA-Abschnitte, die jeweils an eine einzigartige Gensequenz binden.

4) Wenn eine Sonde mit einem der Gene übereinstimmt, die in den Krebszellen aktiv sind, bindet sie an die Kopie dieses Gens. Sobald die Bindung erfolgt ist, waschen Sie die zusätzliche frei schwebende DNA weg.

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5) Stecken Sie den DNA-Chip in den Chip-Scanner. Dort strahlt ein Laser Licht auf den Chip und lässt den Fluoreszenzfarbstoff leuchten, wodurch ein Muster aus hellen Flecken entsteht, an denen markierte Genkopien an Sonden gebunden sind, und dunklen Flecken, an denen sich ungebundene Sonden befinden. Der Scanner erkennt die Fluoreszenz und zeichnet ein Bild des Hell-Dunkel-Rasters auf.

6) Mit einem Computer, der mit einer Karte versehen wurde, wo sich jede Sonde auf dem Mikroarray befindet, können Sie bestimmen, welche Gene in jeder Probe aktiv sind. Eine sorgfältige Analyse dieser Ergebnisse kann Ihnen ermöglichen, kleine Gruppen von Genen zu lokalisieren, die bei einer Krebsart aktiv sind, bei der anderen jedoch nicht. In Zukunft könnten diese Gene zu Zielen für neue Medikamente werden oder die Grundlage für neue, hochspezifische diagnostische Tests sein.

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