Was ist ein Genom-Microarray?
Das Genom-Microarray, auch als Desoxyribonukleinsäure (DNA) -Microarray bekannt, ist eine Art Gentechnologie, mit der Wissenschaftler den Grad der Genexpression bestimmen können. In lebenden Organismen wird ein Gen exprimiert, wenn die DNA dieses Gens durch eine Reihe von Prozessen in ein Protein entschlüsselt wird, das eine bestimmte Funktion in einer Zelle erfüllt. Durch die Messung der Genexpression in einer bestimmten Probe können Forscher herausfinden, welche Gene am aktivsten sind. Die Microarray-Technologie wird insbesondere in der Medizin eingesetzt, um die genetischen Aspekte von Krankheiten wie Krebs kennenzulernen.
Wenn ein Gen in einem Organismus exprimiert wird, wird die DNA in einer Reihe von Schritten zu einem Protein dekodiert. Segmente des Gens werden auf eine Messenger-Ribonukleinsäurematrize (mRNA) transkribiert, ein einzelsträngiges Molekül, das zu einem Strang des ursprünglichen DNA-Moleküls komplementär ist. Diese mRNA transportiert die genetische Information aus dem Zellkern zum Ort der Proteinsynthese. Ein Genom-Microarray gibt Aufschluss darüber, welche Gene die meiste mRNA produzieren - und welche Gene auf der höchsten Expressionsstufe arbeiten.
Das Genom-Microarray ist ein Glas- oder Siliziumchip mit einer Reihe mikroskopisch kleiner DNA-Punkte, die an seiner Oberfläche haften. Die spezifischen DNA-Sequenzen, Sonden genannt, werden basierend auf den Genen ausgewählt, die die Forscher untersuchen möchten. Ein Mikroarray aus dem gesamten Genom enthält Sequenzen aus dem gesamten Genom, während ein fokussierter Mikroarray nur DNA aus bestimmten Genen enthält.
In der Krankheitsforschung würde der Microarray folgendermaßen eingesetzt. Zunächst wird dem Probanden eine Probe von gesundem und krankem Gewebe entnommen. MRNA aus beiden Proben würde durch eine Reihe chemischer Techniken isoliert. Jede Probe würde mit einer anderen Markierungslösung kombiniert, die aus Untereinheiten besteht, die als Nukleotide bekannt sind, die so modifiziert sind, dass sie Fluoreszenz enthalten, und die dann an die mRNA-Moleküle binden würden, um fluoreszierende komplementäre DNA (cDNA) zu erzeugen. Beispielsweise könnte die erkrankte Probe mit roter Fluoreszenz und die gesunde Probe mit grüner Fluoreszenz markiert sein.
Wenn jede Probe auf ein Genom-Microarray gespült wird, hybridisiert oder bindet sich ein Teil der cDNA aus den Proben mit der DNA auf dem Chip. Dies führt dazu, dass unterschiedliche Farben und Fluoreszenzniveaus auftreten. Wenn ein Gen in einer Probe beispielsweise hoch aktiv wäre, würde es viele mRNAs produzieren, die auf dem Microarray als stark fluoreszierende Farbe erscheinen würden. Durch Zusammenführen der visuellen Probendaten mithilfe eines Scanners können Forscher feststellen, ob ein bestimmtes Gen stärker im erkrankten Gewebe oder im gesunden Gewebe exprimiert wird.
Im obigen Beispiel würde ein grüner Punkt anzeigen, dass das Gen stärker in gesundem Gewebe exprimiert wurde, da die Dominanz der grünen Fluoreszenz darauf hinweist, dass die gesunden Proben-mRNAs zahlreicher waren als die ungesunden. Ein roter Punkt zeigt an, dass das Gen mehr mRNAs im erkrankten Gewebe produzierte und unter Krankheitsbedingungen aktiver war. Gelbe Punkte würden bedeuten, dass das Gen sowohl in gesundem als auch in krankem Gewebe ungefähr gleichermaßen exprimiert wird. Anhand dieser Informationen können Forscher ermitteln, welche Gene in einer erkrankten Zelle aktiver sind und wie sich solche Änderungen auf andere Gene in der Zelle auswirken. Genom-Microarrays können nicht nur zur Erforschung und Diagnose von Krankheiten wie Krebs und Herzerkrankungen eingesetzt werden, sondern auch dazu, wie sie durch gezielte Therapie behandelt werden können.