| Mobile | RSS

معرفی تکنولوژی میکرواری و کاربردهای آن

خرداد ۲۳ام, ۱۳۹۱ | ۱ Comment | Posted in سلولی و مولکولی

معرفی تکنولوژی میکرواری و کاربردهای آن

www.payagene.com

در زیست شناسی و ژنومیک مدرنِ امروزی رویکرد و نگاهی جدید به حیات و سلولِ زنده به عنوان یک سیستم به وجود آمده است. سیستم های زیستی مانند هر سیستم مصنوعی دیگر ساخت یافته و ماژوﻻر هستند. به دست آوردن اطﻼعاتی از سلول در سطح سیستمی، دانش ژنومیک امروزی را وارده مرحله و دورهای جدید کرده است. در هر ارگانیسمِ زنده مجموعه ژن هایی که بیان می شوند نسبت به گونه، دوره ی حیات سلول و شرایط محیطی تغییر می کند. وقتی شرایط خاصی را اعمال می کنیم، ژن های خاصی در پاسخ به آن بیان می شوند. اندازه گیری بیانِ ژن در شرایط، بافت یا سلول ها مختلف، به فهم و تفسیر ما از فرآیند زیستی و حیاتی کمک زیادی می کنند. برای سال های طوﻻنی زیست شناسان این رؤیا را در سر می پروراندند که بتوانند میزانِ بیانِ ژن در سلول را در مقیاس ژنوم اندازه گیری کنند تا توانایی مطالعه ی برهمکنش های پیچیده و همزمان ژن ها را در سلول به دست آورند.

کنترل بیان ژن ها در مراحل مختلفی از central dogma در بیولوژی مولکولی صورت می گیرد و یکی از مراحل مهم تنظیم بیان ژن در مرحله ساخت mRNA از روی DNA و یا همان رونویسی است. از این رو میزان تمایل برای تخمین میزان کمی mRNA در سلول افزایش یافت. برای این منظور تکنولوژی های زیادی پا به عرصه ظهور گذاشت که یکی از مهمترین آنها میکرواری بود که باعث انقلابی در عرصه بیولوژی مولکولی ایجاد نمود.  اولین گام در ظهور فناوری میکرواری به عنوان یک ابزار قدرتمند جهت اندازه گیری سطح بیان ژن ها در شرایط مختلف سلولی و بافتی در سطح وسیع مورد نظر است. تشخیص تفاوت بیان ژن ها در خلال شرایط آزمایشگاهی، بیولوژیکی و کلینیکی به عنوان یکی از موضوعات اصلی در آزمایشات میکرواری می باشد.

 

 تکنولوژی میکرواری را به دو بخش کلی می توان تقسیم نمود یکی بخش آزمایشگاهی این تکنیک که شامل ساخت چیپ میکرواری، استخراج mRNA و ساخت cDNA از روی آن و همزمان نشان دار کردن آن با یک رنگ فلورسانس، مراحل هیبریداسیون، شستشو و خشک کردن چیپ و در نهایت اسکن کردن چیپ میکرواری می باشد. مراحل این بخش را می توان در تصویر مشاهده نمود. بخش دوم آنالیز داده های حاصل شده از آزمایش می باشد. این دو بخش لازم و ملزوم یکدیگر می باشند و باید سعی شود که به درستی انجام گیرد چرا که در غیر این صورت نتیجه خوبی از ازمایش حاصل نخواهد شد. بخش آنالیز داده های میکرواری با توجه به متنوع بودن فرمت ها و انواع مختلف چیپ های میکرواری الگوریتم ها و تکنیک های آنالیزی زیادی ارائه شده است. با توجه به این تنوع و قطعی نبودن روش های ارائه شده جهت آنالیز درست داده ها هنوز هم محققین زیادی روی قسمت های مختلف آنالیز این داده ها تحقیق می کننند و مقالات زیادی در این زمینه ارائه شده است. 

 

 

 

تکنولوژی میکرواری

بخش آزمایشگاهی تکنیک میکرواری

 

معرفی تکنیک میکرواری

واضح است که هزاران ژن و محصولات آنها(مانند RNA و پروتئین) همگی در یک مسیر پیچیده و منظم در بدن یک موجود زنده به فعالیت مشغولند. با این‌حال روش‌های قدیمی  در زیست‌شناسی مولکولی بر اساس "یک ژن در یک آزمایش" کار می‌کنند که در این صورت بدست آوردن تصویر جامع از عملکرد همه ژن‌ها سخت و غیر ممکن بنظر می‌رسد.
در چند سال اخیر فن آوری جدیدی، به نام microarray توجه دانشمندان بیولوژی مولکولی و دیگر رشته‌های علمی را به خود جلب کرده است. این فن آوری امکان نشان دادن همه‌ی  ژنوم یک ارگانیسم را بر روی یک chip فراهم آورده است و لذا به محققین کمک می‌کند تا بتوانند دید بهتر و گسترده‌تری از تعامل میان هزاران ژن به طور همزمان داشته باشند. به طور ساده میکرواری عبارت است از فناوری بررسی فعالیت هزاران ژن و یا پروتئین در یک سطح کوچک مانند یک لام میکروسکوپی. تشخیص تفاوت بیان ژن¬ها در خلال شرایط آزمایشگاهی، بیولوژیکی و کلینیکی به عنوان یکی از موضوعات اصلی در آزمایش¬های میکرواری می باشد.
مفهوم اساسی فناوری  Microarray سیستم های سنتی تشخیصی-آنالیزی زیستی است به طوری که صدها یا حتی هزاران نفر از مولکولهای زیستی با هویت منحصر به فرد می تواند به طور همزمان در یک آزمایش تنها با استفاده از مقدار بسیار کمی از آزمون تشخیص داده می‌شوند. بنابراین دستیابی به حساسیت بالا برای مقدار بسیار کمی از آنالیت در نمونه تست ضروری است.
آرایه یک آرایش منظم از ویژگی ها می باشد. DNA Microarray در یک فرم عمومی "Ekins binding assay " است. این برنامه وسیله ای برای هیبریداسیون نمونه شناخته شده با نمونه DNA ناشناخته مبتنی بر قوانین جفت شدن است. به طور کلی، آرایه ها به عنوان macroarrays یا Microarrays هستند و  تفاوت در اندازه spotهای نمونه است. Macroarrays شامل نمونه‌هایی با اندازه spot  در حدود ۳۰۰ میکرون قطر یا بزرگتر است و به راحتی می توان با ژل های موجود و اسکنر بلات تصویربرداری انجام نمود. اندازهspot  نمونه در Microarray به طور معمول کمتر از ۲۰۰ میکرون قطر دارد و در این آرایه ها معمولا حاوی هزاران spot  است.

علل نیاز به فناوری ریز آرایه
تا کنون برای مطالعه خواص، فعالیت و نقش ژن ها و پروتئین ها و کشف فرایند های مولکولی درون سلول ها و بافت ها و همچنین جنبه های مولکولی بیمارها و آسیب های زیستی اکثرا یک ژن و یا حداکثر چند ژن یا پروتئین بطور خاص و جداگانه مورد بررسی و مظالعه قرار می گرفت.
این روش ها شامل PCR و انواع روش های استفاده از نشانگر ها، بلاتینگ موسوم به وسترن بلات، نورترن بلات و ساترن بلات و همچنین بررسی القا و فعالیت متفاوت ژن ها و پروتئین ها و بسیاری از فنون دیگر صورت می گرفت ولی بررسی همزمان هزاران ژن و پروتئین بسیار دشوار بود.
پس از خاتمه طرح ژنوم انسانی و تعیین ردیف کامل ژنوم انسان که شامل ۳ میلیارد نوکلئوتید ( واحد تشکیل دهنده ژن) که در واقع حدود ۳۰ هزار ژن را رمز می نمود و مطالعه این اطلاعات مشخص شد که مطالعه یک ژن و یا یک پروتئین و کشف یک فرایند بطور جداگانه کمک بسیاری به حل مشکل نمی کند زیرا فراین های زیستی بسیار پیچیده است و گاهی ده ها و صدها ژن در بروز یک فعالیت نقش دارند.
بنابر این با کشف ارتباط بسیار پیچیده بین مولکول های زیستی و شیکه ای از زایند ها در ایجاد یک اسیب و یا بروز یک فعالیت مشخص شد که تنها راه امکان بررسی ده ها، صدها و بلکه هزاران ژن و پروتئین در سلول سالم و مقایسه ان با سلول اسیب دیده میتواند دانشمندان را در یافتن پاسخ مناسب و درک صحیح از علل بروز عارضه و اسیب و در نهایت تشخیص صحیح و در نتیجه درمان مناسب راهمنمایی نماید.
در همین مسیر فناوری های ژنومیک و پروتئومیک کمک بسیاری جهت بررسی فعالیت و تغییرات مجموعه ژن ها و پروتئین ها نمود که هنوز نیز بعنوان روش های مفید استفاده می شود.
ولی با توسعه این روش ها و اطلاع از کاستی های انها به علوم و فناوری های جدیدی نیاز بود که بتواند همزمان کاهش ، افزایش و عدم فعالیت ده ها ، صدها و هزاران ژن و یا پروتئین را بررسی و گزارش نماید
این فناوری با ترکیبی از چندین علم و فناوری حاصل شده‌است.

مکانیسم عمل
این تکنیک در ۳ مرحله انجام می‌شود:

۱٫ طراحی و تهیه چیپ
۲٫ آماده‌سازی واکنش که خود شامل مراحل استخراج mRNA، تهیه cDNA، نشان‌دار کردن آن و هیبریداسیون می‌شود.
۳٫ دریافت و آنالیز نتایج

مرحله اول:  طراحی و تهیه چیپ
در این مرحله لازم است اطلاعات از توالی ژن‌هایی که قرار است بررسی شوند کسب شود سپس قطعه‌ای از توالی منحصر به فرد ژن با طولی در حدود bp25 سنتز شود. با فیکس‌کردن این پروب‌ها بر روی یک spot که در نهایت می‌توان حدود ۱۰۰۰۰ spot را روی یک چیپ قرار داد وارد فاز عملیاتی انجام واکنش می‌شویم.
مرحله دوم: انجام واکنش
پس از انتخاب سلول یا بافتی که قرار است مطالعه شود و کشت آنها در شرایط ویژه mRNA از سلول‌های موردنظر استخراج می‌شود و سپس cDNA از mRNAهای سلولی ساخته می‌شود. در مرحله بعد می‌بایست دو جمعیت cDNA نشاندارشده مخلوط شوند و و هیبریداسیون با یک چیپ DNA انجام شود در این مرحله شرایط هیبریداسیون مثل دما خیلی مهم است.

مرحله سوم: دریافت و آنالیز نتایج
با اندازه گیری اختلاف شدت بین این دو رنگ برای هر نقطه شما می توان نتایج را آنالیز نمود ودر نهایت هم می‌توان الگوی بیان ژنی را در هر نوع سلول ترسیم نمود.

کاربردها

ابزار آنالیزی میکرواری به محققین علم بیولوژی مولکولی اجازه می‌دهد تا آزمایشات بیولوژیکی خود را در کوتاهترین زمان و در مقیاس وسیع انجام دهند. در واقع می‌توان با داشتن حجم وسیعی از اطلاعات برای  تعداد زیادی از ژن‌ها روابط پیچیده‌ هماهنگی در سطح DNA، RNA و پروتئین را در یک ارگانیسم ترسیم نمود و با سایر ارگانیسم‌ها و یا در طول مراحل تکامل مقایسه کرد. به‌عبارت دیگر در بیولوژی مولکولی جهت بررسی هریک از گونه‌های انسان، موش، رت، آرابیدوپسیس، Zebrafish، Ecoli، باسیلوس سوبتیلیس و … کیت‌هایی موجود است. همچنین کیت‌هایی جهت بررسی متابولیسم اسیدآمینه، اسیدچرب، گلوکز، انسولین و بررسی مسیرهای آپاپتوزی، مسیرهای cAMP سیگنالینگ،چرخه سلولی و تعمیر DNA و … به پژوهشگران کمک می‌کند تا بتوانند به بررسی این موارد بپردازند.

علاوه بر این موارد این تکنیک در حوزه‌های دیگر علوم زیستی نیز وارد شده است که  از جمله ‌آنها و کاربردهای هر یک می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

  • پزشکی: در این شاخه از علم، میکرواری در تشخیص سرطان، تشخیص پاتوژن‌های میکروبی و ویروسی مسبب بیماری، تشخیص ژن‌های خاص مسبب بیماری، موتاسیون‌های درگیر در بیماری‌های رایج و نادر و کشف استعداد در ابتلا به یک بیماری یا سرطان خانوادگی بسیار مهم و اثرگذار بوده است. به طوریکه در حال حاضر تشخیص ۴۰ نوع تومور از جمله سرطان پستان، پروستات، کلیه، مثانه، ریه، کبد، لوکمیا، رتینوبلاستوما و … با این تکنیک قابل اجراست. همچنین جهت تشخیص بیماری‌هایی چون آنژیوژنزیس، آلترواسکلروزیس، MS، پارکینسون و … کیت‌‌های مجزایی موجود است. علاوه بر موارد فوق جهت تشخیص برخی بیماری‌های ژنتیکی چون سندروم داون(تریزومی ۲۱)، سندروم پاتو(تریزومی ۱۳)، سندروم ادوارد(تریزومی ۱۸)، سندرومهای رادرویلی و انجلمن و همچنین سندروم‌های ویلیام و دی‌جرج نیز کیت‌هایی ساخته شده است به‌نحوی که می‌توان گفت یکی از کاربردهای مهم میکرواری در پزشکی کاریوتایپ مولکولی به‌جای روش زمان‌بر و دشوار سیتوژنتیک است.
  • صنایع دارویی: کشف داروهای جدید، بررسی مکانیسم عمل دارو در سطح مولکولی،بررسی ترانسپورترهای دارو، تعیین تغییرات در بیان ژن در پاسخ به دارو( فرو تنظیمی یا فراتنظیمی)، آنالیز SNP جمعیت بیماران و مقایسه پاسخ به دارو در آنها، یافتن ارتباط بین پاسخ‌های درمانی به داروها و پروفایل ژنتیکی بیمار توسط SNP جهت تجویز بهترین درمان برای هر فرد از کاربردهای تکنیک میکرواری در این صنعت است.
  • صنایع غذایی: تشخیص پاتوژن‌های غذایی بویژه در آزمایشگاه‌ها و کارخانجات تشخیص کیفیت
  • صنایع کشاورزی: تشخیص بیماری‌های گیاهی در جهت رفع آنها، تشخیص آفات و میکروارگانیسم‌های آلوده کننده را می‌توان به راحتی با استفاده از تکنیک مزبور انجام داد.

از مزایای این تکنیک نسبت به سایر تکنیک‌های تشخیصی رایج و قدیمی می‌توان به بررسی همزمان تعداد بسیار ژن در یک فرد یا تعداد میکروارگانیسم‌های زیادی، مناسب بودن برای ژن‌های با توالی ناشناخته، خروجی داده بالا و اختصاصیت بالا اشاره کرد. این خصوصیات و بسیاری ویژگی‌های دیگر اهمیت این تکنیک را در تشخیص یاب‌تایپ‌های ویروس آنفولانزا نشان می‌دهد.

 این تکنیک خیلی سریع جایگاه خود را در بازار کشورهای توسعه‌یافته تثبیت کرده‌است به‌طوریکه طبق گزارشات ارزش بازار میکرواری بیش از ۷۶۰ میلیون دلار بوده است و پیش‌بینی می‌شود تا سال ۲۰۱۵ سالانه رشدی ۱۳% داشته باشد و در سال ۲۰۱۳ به میزان ۱,۴۲۵,۲ میلیون دلار برسد. و همچنین انتظار می‌رود اقتصادهای آسیایی به خصوص چین، هند، کره‌جنوبی و سنگاپور که بودجه‌ای برای سرمایه‌گزاری در بیوتکنولوژی اختصاص داده‌اند رشد بالایی در چند سال آینده داشته باشد.

باتشکر از شرکت زیست فناوری پایاژن که از این سرویس پیشرفته ( تکنولوژی میکرواری ) حمایت کرده و در ایران این خدمات ارزنده و مهم را پشتیبانی کامل می کنند. و با تشکر از مهندس رفیع زاده مدیر بازرگانی آن شرکت معظم.

Leave a Reply 18725 views, 7 so far today |
Follow Discussion

One Response to “معرفی تکنولوژی میکرواری و کاربردهای آن”

  1. sajad Says:

    aaaa

Leave a Reply

Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.

1R8A94601R8A94661R8A93781R8A9319Ryan's Pub, St Julian, December 25, 2016Gorgeous Gorgs, Sliema, December 24, 2016The 11:40 Rogue One Show on Eden in St Julian, December 28, 2016Ariëlla 006Lu #XAriëlla 005