فهرست مطالب
فناوری ریزآرایه یا میکرواری (Microarray) ابزاری قدرتمند جهت تجزیهوتحلیل همزمان بیان هزاران ژن در بافت‌ها، اندام‌ها یا سلولها است. اطلاعات توالی DNA که RNA را برای ژن‌های خاص کد می‌کند، به صورت فیزیکی روی تراشه‌های ریزآرایه یا میکرواری چاپ میشود. بنابراین امکان اندازه‌گیری فراوانی هر مولکول RNA در یک نمونه بیولوژیکی را فراهم می‌کند.
میکرواری ( Microarray ) یکی از جدیدترین پیشرفت‌هایی است که برای تحقیقات سرطان استفاده میشود که در رویکرد دارویی برای درمان بیماری‌های مختلف از جمله ضایعات دهانی کمک می‌کند. ریزآرایه به تجزیهوتحلیل مقدار زیادی از نمونه‌هایی که قبلا و یا نمونه‌هایی که جدیدا ثبت شده‌اند کمک کرده و حتی به آزمایش بروز یک نشانگر خاص در تومورها کمک می‌کند. تا همین اواخر، استفاده از Microarray در دندانپزشکی بسیار محدود بوده است. اما در آینده، با مقرون به صرفه‌شدن فناوری، ممکن است استفاده از آن افزایش یابد.
تاریخچه و معرفی تکنیک میکرواری
در سال 1995، اولین مطالعه‌ای منتشر شد که از کلمه “microarray” استفاده می‌کرد و توضیح می‌داد که چگونه بیان بسیاری از ژن‌ها می‌تواند به طور موازی از طریق استفاده از این فناوری جدید بررسی شود. آرایه نمونه از طریق چاپ رباتیک با سرعت بالا “cDNA” روی شیشه ساخته شد. اندازه کوچک لکه‌ها روی آرایه و چگالی بالای آرایه‌ها، حجم هیبریداسیون دومیکرولیتری را به دست می‌آورد که این مقدار، حجمی بود که امکان تشخیص رونوشت‌های نادر در نمونه‌های “probe” را فراهم می‌کرد.
Microarray یک پیشرفت فنی بود. به این معنا که می‌توان یک بررسی گسترده‌تر از بیان ژن انجام داد. در سال 1997، محققان دانشگاه استنفورد اولین مطالعه ریزآرایه کل ژنوم را در مورد بیان ژن با قراردادن کل ژنوم مخمر روی یک ریزآرایه منتشر کردند. این فناوری تجاری‌سازی نشد و آزمایشگاه دانشگاه استنفورد دستورالعمل تولید رباتیک لازم برای یک ریزآرایه را منتشر کرد. در حالی که امروزه گزینه‌های تجاری ریزآرایه با حساسیت بیشتر وجود دارد.
کاربردهای میکرواری
- کشف ژن: فناوری ریزآرایه DNA یا میکرواری به شناسایی ژن‌های جدید، آگاهی از عملکرد و سطوح بیان آن‌ها در شرایط مختلف کمک می‌کند.
- تشخیص بیماری: فناوری ریزآرایه DNA یا میکرواری به محققان کمک می‌کند تا در مورد بیماری‌های مختلف مانند بیماری‌های قلبی، بیماری‌های روانی، بیماری‌های عفونی و به ویژه مطالعه سرطان اطلاعات بیشتری کسب کنند. تا همین اواخر، انواع مختلف سرطان براساس اندام‌هایی که تومورها در آن‌ها رشد می‌کنند، طبقه‌بندی می‌شدند.
اکنون، با تکامل فناوری ریزآرایه، این امکان برای محققان وجود خواهد داشت که انواع سرطان را براساس الگوهای فعالیت ژن در سلول‌های تومور طبقه‌بندی کنند. این امر به جامعه دارویی کمک شایانی می‌کند تا داروهای مؤثرتری تولید کنند. زیرا استراتژی‌های درمانی مستقیما برای نوع خاصی از سرطان هدف قرار می‌گیرند. - کشف دارو: فناوری میکرواری کاربرد گسترده‌ای در فارماکوژنومیک دارد. فارماکوژنومیک مطالعه ارتباط بین پاسخ‌های درمانی به داروها و مشخصات ژنتیکی بیماران است. تجزیهوتحلیل مقایسه‌ای ژن‌های یک سلول بیمار و یک سلول طبیعی به شناسایی ساختار بیوشیمیایی پروتئین‌های سنتز شده توسط ژن‌های بیمار کمک می‌کند. محققان می‌توانند از این اطلاعات برای سنتز داروهایی استفاده کنند که با این پروتئین‌ها مبارزه می‌کنند و اثر آن‌ها را کاهش می‌دهند.
- تحقیقات سم‌شناسی: فناوری میکرواری بستری قوی برای تحقیق در مورد تأثیر سموم بر سلولها و انتقال آن‌ها به فرزندان فراهم می‌کند. “Toxic genomics” بین پاسخ به سموم و تغییرات در پروفایل ژنتیکی سلول‌های در معرض چنین سمومی ارتباط برقرار می‌کند.
انواع روش‌های میکرواری
آزمایش‌های میکرواری را می‌توان به سه‌روش طبقه‌بندی کرد که عبارت‌اند از:
- تجزیهوتحلیل بیان میکرواری: در این مجموعه آزمایشی، cDNA مشتق شده از mRNA ژن‌های شناخته شده بی حرکت میشود. نمونه دارای ژن‌هایی از بافت‌های نرمال و بیمار است. اگر ژن در شرایط بیمار بیش از حد بیان شود، لکه‌هایی با شدت بیشتری برای ژن بافت بیمار به دست می‌آید. سپس این الگوی بیان با الگوی بیان یک ژن مسئول یک بیماری مقایسه میشود.
- میکرواری برای تجزیهوتحلیل جهش: برای این تجزیهوتحلیل، محققان از “gDNA” استفاده می‌کنند. ژن‌ها ممکن است کمتر از یک باز نوکلئوتیدی با یکدیگر متفاوت باشند. یک تفاوت باز بین دو توالی به عنوان چندشکلی تک‌نوکلئوتیدی (SNP) و تشخیص آن‌ها به عنوان تشخیص SNP شناخته میشود.
- هیبریداسیون مقایسه‌ای ژنومی: برای شناسایی در افزایش یا کاهش قطعات کروموزومی مهم حاوی ژن‌های درگیر در یک بیماری استفاده میشود.
مراحل انجام میکرواری
چهارمرحله اصلی برای تجزیهوتحلیل ریزآرایه DNA وجود دارد که عبارت‌اند از:
- جداسازی/تهیه نمونه: این مرحله مستلزم استخراج mRNA کنترل و هدف است. به عنوان مثال، یک رده سلولی غیرسرطانی در مقابل یک رده سلولی سرطانی. سپس RNA به cDNA تبدیل شده و با رنگ فلورسنت نشاندار میشود. به طور معمول، “Cy3” (یک رنگ فلورسنت قرمز) و “Cy5” (یک رنگ فلورسنت سبز) برای برچسب‌زدن هدف و کنترل cDNA استفاده میشود.
- هیبریداسیون: در این مرحله DNA نمونه با توالی‌های پروب مکمل روی تراشه آرایه هیبرید میشود. کمپلکس حاصل نیز در این مرحله خالص میشود.
- شست‌وشو: سپس اسلایدها با بافر شسته می‌شوند تاDNA هایی که با پروب هیبرید نشده‌اند، حذف شوند.
- تحلیل و بررسی: در مرحله آخر، تراشه آرایه در معرض تحریک لیزر قرار می‌گیرد که فراوانی نسبی DNA هیبرید شده را در هر مکان هدف نشان می‌دهد. انتشار فلورسنت با استفاده از میکروسکوپ کانفوکال اندازه‌گیری میشود.
همچنین بخوانید:تکنیک الکتروفورز
محدودیت‌های میکرواری
اگرچه میکرواری‌های DNA محققان را قادر می‌سازد تا به‌طور همزمان بیان انواع مختلف ژن‌ها را در نظر بگیرند، این فناوری محدودیت‌های متعددی دارد. مطالعات مختلف نشان داده‌اند که برای رونوشت‌های نسبتا در دسترس، تغییرات بیان را می‌توان مشاهده کرد. برعکس، اندازه‌گیری صحیح سطوح بیان کامل و تشخیص قابل‌اعتماد ژن‌های با فراوانی کم به راحتی قابل دستیابی نیست.
به نظر می‌رسد مهم‌ترین مشکلات طراحی یا انتخاب نابهینه پروب‌ها و برخی حاشیه‌نویسی‌ها و آماده‌سازی‌های نادرست پروب باشد. سطوح ترجمه بسیاری از ژن‌های مختلف تحت تأثیر نظارت پس از رونویسی قرار می‌گیرند و پروتئین‌های مختلف به شدت تحت‌تأثیر تغییرات پس از ترجمه مانند گلیکوزیلاسیون، استیلاسیون، پروتئولیز و فسفوریلاسیون قرار می‌گیرند. راه‌حل چنین مشکلی مطالعه پروتئین‌ها به جای استنتاج براساس مقادیر RNA به‌طور مستقیم است که می‌تواند از طریق تکنیک‌های ریزآرایه پروتئین انجام شود.
این تکنیک فقط توالی‌هایی را شناسایی می‌کند که آرایه قرار بود شناسایی کند. علاوه بر این، RNA های غیرکدکننده که هنوز به صورت بیان شده پیش‌بینی نشده اند، معمولا در یک آرایه نمایش داده نمی‌شوند. علاوه بر این، برای ژنوم‌های مختلف بسیار متغیر مانند ژنوم‌های باکتری، آرایه‌ها به طور خاص با استفاده از اطلاعات ژنوم یک سویه مرجع تعیین می‌شوند. چنین آرایه‌هایی می‌توانند بخش بزرگی از ژن‌ها را در یک ایزوله خاص از گونه‌های مشابه از دست بدهند. از محدودیت‌های این تکنیک می‌توان به صورت جمع‌بندی به موارد زیر اشاره کرد:
- تجزیهوتحلیل نتایج به زمان زیادی نیاز دارد زیرا مقدار داده‌های جمع‌آوری‌شده از هر آرایه بسیار زیاد خواهد بود.
- نتایج ممکن است برای تفسیر بسیار پیچیده باشد و همیشه کمی نیستند.
- نتایج همیشه قابل تکرار نیستند.
- تکنولوژی بسیار گران است.
- آرایه‌ها اندازه‌گیری غیرمستقیم غلظت نسبی را ارائه می‌دهند.
- یک آرایه DNA فقط می‌تواند توالی‌هایی را که آرایه برای تشخیص آن‌ها طراحی شده‌است، تشخیص دهد.
کمپانی‌های مهم در زمینه میکرواری
در ادامه لیستی از تأمین‌کنندگان محصولات میکرواری ارائه میشود؛ این لیست شامل تأمین‌کنندگانی میشود که محصولات آن‌ها حداقل در یک نشریه ذکر شده‌است و حداکثر پنج محصول پر استناد برای هر تأمین‌کننده نمایش داده میشود. بنابراین این لیست نمایش جامعی از تأمین‌کنندگان با کیفیت بالا در این دسته محصول ارائه می‌دهد. اسامی تأمین‌کنندگان عبارت‌اند از:
- “Affymetrix”؛
- “Agilent Technologies”؛
- “BD Biosciences”؛
- “Bio-Rad”؛
- “Biogenex”؛
- “Capitalbio”؛
- “Clontech”؛
- “Cybrdi”؛
- “Illumina”؛
- “Individual Researcher”؛
- “Life Technologies Corporation”؛
- “Panomics”؛
- “Phalanx Biotech Group”؛
- “Qiagen”؛
- “R and D Systems”؛
- “RayBiotech”،
- “Roche Applied Science”.
جمع‌بندی
تکنولوژی میکرواری (microarray) امکان بررسی همزمان بسیاری از فعل و انفعالات زیستی را فراهم می‌کند و در دو زمینه ژنومیکس و پروتئومیکس کاربردهای زیادی دارد. بازده این روش بسیار کارآمد بوده و در مدت زمان کوتاهی قادر به تحلیل میزان قابل‌توجهی از اطلاعات است. اخیرا، فناوری ریزآرایه به طور گسترده توسط جامعه علمی مورد استفاده قرار گرفته‌است.
در نتیجه، در طول سال‌ها، داده‌های زیادی در رابطه با بیان ژن تولید شده‌است. این داده‌ها پراکنده هستند و به راحتی برای استفاده عمومی در دسترس نیستند. برای سهولت دسترسی به این داده‌ها از مرکز ملی اطلاعات بیوتکنولوژی (NCBI) بیان ژن “Omnibus” یا “GEO” را فرموله کرده‌است. این یک مرکز داده‌است که شامل داده‌های مربوط به بیان ژن از منابع مختلف است.
نویسنده: یاسمن اسمی
منابع:
- https://www.sciencedirect.com/topics/agricultural-and-biological-sciences/microarray-technology
- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3467903
- https://www.news-medical.net/life-sciences/History-of-Microarrays.aspx
- http://www.premierbiosoft.com/tech_notes/microarray.html
- https://study.com/learn/lesson/dna-microarray-types-use.html
- https://idosi.org/gjbb/gjbb15(2)20/1.pdf
- https://www.labome.com/method/Microarray-Companies.html
- https://www.sid.ir/paper/117183/fa
- https://www.news-medical.net/life-sciences/DNA-microarray.aspx
