Che cos'è un microarray genomico?
Il microarray del genoma, noto anche come microarray di acido desossiribonucleico (DNA), è un tipo di tecnologia genetica che consente agli scienziati di determinare i livelli di espressione genica. Negli organismi viventi, un gene viene espresso quando il DNA di quel gene viene decodificato attraverso una serie di processi in una proteina, che svolge una funzione specifica in una cellula. Misurando i livelli di espressione genica in un dato campione, i ricercatori possono scoprire quali geni sono più attivi. La tecnologia dei microarray viene utilizzata in particolare in medicina per conoscere gli aspetti genetici di malattie come il cancro.
Quando un gene viene espresso in un organismo, il DNA viene decodificato in una proteina attraverso una serie di passaggi. Segmenti del gene sono trascritti in un modello di acido ribonucleico messaggero (mRNA), una molecola a singolo filamento che è complementare a un filamento della molecola di DNA originale. Questo mRNA trasporta le informazioni genetiche dal nucleo della cellula al sito di sintesi proteica. Un microarray del genoma rivela quali geni stanno generando il maggior numero di mRNA e, per estensione, quali geni operano al massimo livello di espressione.
Il microarray del genoma è un chip di vetro o di silicio con una serie di microscopici punti di DNA attaccati alla sua superficie. Le sequenze specifiche di DNA, chiamate sonde, sono scelte in base ai geni che i ricercatori desiderano studiare. Un microarray a genoma intero contiene sequenze dell'intero genoma, mentre un microarray focalizzato contiene DNA proveniente solo da determinati geni.
Nella ricerca sulle malattie, il microarray verrebbe utilizzato nel modo seguente. In primo luogo, un campione di tessuto sano e tessuto malato verrebbe prelevato dal soggetto. L'MRNA di entrambi i campioni sarebbe stato isolato attraverso una serie di tecniche chimiche. Ogni campione verrebbe combinato con una diversa soluzione di etichettatura composta da subunità note come nucleotidi, modificata per includere la fluorescenza, che si legherebbe quindi alle molecole di mRNA per creare DNA complementare fluorescente (cDNA). Ad esempio, il campione malato potrebbe essere etichettato con fluorescenza rossa e il campione sano con fluorescenza verde.
Quando ogni campione viene scaricato su un microarray di genoma, parte del cDNA dei campioni si ibrida o si lega con il DNA sul chip. Ciò fa apparire diversi colori e livelli di fluorescenza. Se un gene in un campione fosse altamente attivo, ad esempio, produrrebbe molti mRNA, che apparirebbero sul microarray come un forte colore fluorescente. Unendo i dati del campione visivo usando uno scanner, i ricercatori possono determinare se un particolare gene viene espresso maggiormente nel tessuto malato o nel tessuto sano.
Nell'esempio sopra, un punto verde indicherebbe che il gene era più espresso nei tessuti sani, poiché il predominio della fluorescenza verde indica che gli mRNA del campione sano erano più numerosi di quelli malsani. Un punto rosso indica che il gene stava producendo più mRNA nel tessuto malato ed era più attivo in condizioni di malattia. I punti gialli significherebbero che il gene si esprime equamente nei tessuti sani e malati. I ricercatori possono utilizzare queste informazioni per determinare quali geni sono più attivi in una cellula malata e in che modo tali cambiamenti influenzano altri geni nella cellula. I microarrays del genoma possono essere utilizzati non solo per la ricerca e la diagnosi di malattie come il cancro e le malattie cardiache, ma anche potenzialmente per imparare a trattarli attraverso una terapia mirata.