MIKROARRAY DNA: PROSEDUR DAN APLIKASI - BIOLOGI - 2024

Sebuah microarray DNA , juga disebut DNA chip atau microarray DNA, terdiri dari serangkaian fragmen DNA berlabuh ke dukungan fisik material variabel, baik plastik atau kaca. Setiap bagian DNA mewakili urutan yang melengkapi gen tertentu.

Tujuan utama mikroarray adalah studi perbandingan ekspresi gen tertentu yang diminati. Misalnya, teknik ini umum diterapkan pada dua sampel - satu dalam kondisi sehat dan satu patologis - untuk mengidentifikasi gen mana yang diekspresikan dan mana yang tidak dalam sampel dengan kondisi tersebut. Sampel tersebut dapat berupa sel atau jaringan.

Oleh Paphrag di Wikipedia bahasa Inggris (Ditransfer dari en.wikipedia ke Commons.), Melalui Wikimedia Commons

Umumnya ekspresi gen dapat dideteksi dan dikuantifikasi berkat penggunaan molekul fluoresen. Manipulasi chip dilakukan dalam banyak kasus oleh robot dan sejumlah besar gen dapat dianalisis secara bersamaan.

Teknologi baru ini berguna untuk berbagai disiplin ilmu, mulai dari diagnostik medis hingga berbagai studi biologi molekuler di bidang proteomik dan genomik.

Terdiri dari apa?

Mikroarray DNA (asam deoksiribonukleat) adalah sekumpulan segmen DNA spesifik yang melekat pada matriks padat. Urutan ini melengkapi gen yang ingin dipelajari dan ada bisa sampai 10.000 gen per cm ² .

Karakteristik ini memungkinkan studi sistematis dan masif dari ekspresi gen suatu organisme.

Informasi yang dibutuhkan sel untuk berfungsi dikodekan dalam unit yang disebut "gen". Gen tertentu berisi instruksi untuk membuat molekul biologis penting yang disebut protein.

Suatu gen diekspresikan jika DNA-nya ditranskripsi menjadi molekul RNA pembawa pesan perantara dan ekspresi gen dapat bervariasi tergantung pada tingkat transkripsi segmen DNA ini. Dalam kasus tertentu, perubahan ekspresi dapat menjadi indikasi penyakit.

Prinsip hibridisasi memungkinkan pengoperasian microarray. DNA adalah molekul yang terdiri dari empat jenis nukleotida: adenin, timin, guanin, dan sitosin.

Untuk membentuk struktur heliks ganda, adenin dikelompokkan dengan timin dan sitosin dengan guanin. Jadi, dua rantai komplementer dapat dihubungkan dengan ikatan hidrogen.

Jenis mikroarray

Dalam hal struktur mikroarray, ada dua variasi: DNA atau oligonukleotida pelengkap yang dibuat khusus, dan mikroarray berdensitas tinggi komersial yang diproduksi oleh perusahaan komersial, seperti Affymetrix GeneChip.

Jenis microarray pertama memungkinkan analisis RNA dari dua sampel berbeda pada satu chip, sedangkan variasi kedua adalah jenis komersial dan memiliki sejumlah besar gen (misalnya, Affymetrix GeneChip memiliki sekitar 12.000 gen manusia) memungkinkan untuk menganalisis satu sampel.

Proses

Isolasi RNA

Langkah pertama dalam melakukan percobaan menggunakan teknologi microarray adalah isolasi dan pemurnian molekul RNA (dapat berupa messenger RNA atau jenis RNA lainnya).

Jika Anda ingin membandingkan dua sampel (sehat vs sakit, kontrol vs pengobatan, antara lain), isolasi molekul di kedua jaringan harus dilakukan.

Produksi dan pelabelan cDNA

Selanjutnya, RNA mengalami proses transkripsi terbalik dengan adanya nukleotida berlabel dan dengan demikian DNA atau cDNA pelengkap akan diperoleh.

Label dapat berupa fluoresen dan harus dapat dibedakan antara dua jaringan untuk dianalisis. Dengan cara tradisional, senyawa fluoresen Cy3 dan Cy5 digunakan, karena mereka memancarkan fluoresensi pada panjang gelombang yang berbeda. Dalam kasus Cy3, warnanya mendekati merah dan Cy5 sesuai dengan spektrum antara jingga dan kuning.

Hibridisasi

CDNA dicampur dan diinkubasi dalam microarray DNA untuk memungkinkan hibridisasi (yaitu, terjadi pengikatan) cDNA dari kedua sampel dengan bagian DNA yang diimobilisasi pada permukaan solid microarray.

Persentase hibridisasi yang lebih tinggi dengan probe dalam microarray ditafsirkan sebagai ekspresi jaringan yang lebih tinggi dari mRNA yang sesuai.

Pembacaan sistem

Kuantifikasi ekspresi dilakukan dengan memasukkan sistem pembaca yang memberikan kode warna ke jumlah fluoresensi yang dipancarkan oleh setiap cDNA. Misalnya, jika merah digunakan untuk menandai kondisi patologis dan hibridisasi dalam proporsi yang lebih tinggi, komponen merah akan menjadi yang utama.

Dengan sistem ini, ekspresi berlebih atau represi dari setiap gen yang dianalisis pada kedua kondisi terpilih dapat diketahui. Dengan kata lain, transkrip dari sampel yang dievaluasi dalam percobaan dapat diketahui.

Larssono, dari Wikimedia Commons

Aplikasi

Saat ini, mikroarray dianggap sebagai alat yang sangat kuat di bidang medis. Teknologi baru ini memungkinkan diagnosis penyakit dan pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana ekspresi gen dimodifikasi dalam kondisi medis yang berbeda.

Lebih jauh, ini memungkinkan perbandingan jaringan kontrol dan jaringan yang dirawat dengan obat tertentu, untuk mempelajari efek dari perawatan medis yang mungkin.

Untuk melakukan ini, keadaan normal dan keadaan sakit dibandingkan sebelum dan sesudah pemberian obat. Dengan mempelajari efek obat pada genom in vivo, kami memiliki gambaran yang lebih baik tentang mekanisme kerjanya. Juga, dapat dipahami mengapa beberapa obat tertentu menyebabkan efek samping yang tidak diinginkan.

Kanker

Kanker menduduki puncak daftar penyakit yang dipelajari dengan mikroarray DNA. Metodologi ini telah digunakan untuk klasifikasi dan prognosis penyakit, terutama pada kasus leukemia.

Bidang penelitian kondisi ini melibatkan kompresi dan karakterisasi basis molekuler sel kanker untuk menemukan pola ekspresi gen yang mengakibatkan kegagalan dalam pengaturan siklus sel dan proses kematian sel (atau apoptosis).

Penyakit lainnya

Melalui penggunaan mikroarray, dimungkinkan untuk menjelaskan profil ekspresi diferensial gen dalam kondisi medis alergi, imunodefisiensi primer, penyakit autoimun (seperti rheumatoid arthritis) dan penyakit menular.

Referensi

1. Bednar, M. (2000). Teknologi dan aplikasi DNA microarray. Monitor Ilmu Kedokteran, 6 (4), MT796-MT800.
2. Kurella, M., Hsiao, LL, Yoshida, T., Randall, JD, Chow, G., Sarang, SS,… & Gullans, SR (2001). Analisis microarray DNA dari proses biologis yang kompleks. Jurnal American Society of Nephrology, 12 (5), 1072-1078.
3. Nguyen, DV, Bulak Arpat, A., Wang, N., & Carroll, RJ (2002). Eksperimen DNA microarray: aspek biologis dan teknologi. Biometrik, 58 (4), 701-717.
4. Plous, CV (2007). Mikroarray DNA dan aplikasinya dalam penelitian biomedis. Majalah CENIC. Ilmu Biologi, 38 (2), 132-135.
5. Wiltgen, M., & Tilz, GP (2007). Analisis DNA microarray: prinsip dan dampak klinis. Hematologi, 12 (4), 271-287.