Технологии:

Манипуляции на чипах:

     Появление во 2-й половине 90-х годов ДНК-чипов стало новой биотехнологической революцией, стоящей по значимости в одном ряду с расшифровкой структуры ДНК в 50-х, исследованием фундаментальных закономерностей молекулярной генетики, таких как генетический код и основная догма молекулярной биологии в 60-х, открытием обратной транскрипции и созданием первых рекомбинантных конструкций в 70-х, разработкой энзимологических методов манипуляций с генетическим материалом in vitro таких как амплификационные технологии в 80-х.

     Учитывая огромную значимость этого новейшего направления для развития современной фундаментальной и прикладной медико-биологической науки и практически полное отсутствие информации о нем на русском языке, мы решили создать первый русскоязычный сайт, посвященный всестороннему анализу современного состояния, перспектив и проблем в области ДНК-чип технологий.

     Мы ставим перед собой задачу, предоставить российскому пользователю полную и всеобъемлющую информацию по этому вопросу, основываясь на всех имеющихся на сегодняшний день мировых информационных ресурсах.

     На этом сайте мы представляем информацию, относящуюся к ДНК-чипам структурированную по всем основным направлениям в данной области.

     Информация представлена в виде подробного аналитического обзора по каждому разделу, включающего в себя не только констатацию существующего на данный момент положения и фактического материала, но и его критический анализ с детальным рассмотрением результатов, указанием преимуществ и недостатков применяемых методов, перспектив и направлений дальнейших исследований, практической ценности, а также возможных областей применения особенно в медицинской практике.

     Сайт будет обновляться по мере поступления новой информации, но не реже 1 раза в месяц. Наш сайт всегда открыт для свободного обмена информацией в любых областях биотехнологии. Мы будем рады узнать Ваше мнение о нашем проекте. С удовольствием рассмотрим все Ваши пожелания и предложения. Особенно будем благодарны тем, кто проявит желание разместить на нашем сайте свои идеи, предложения и публикации. Мы готовы бесплатно предоставить электронные копии статей по ДНК-чип технологиям, которые послужили материалом для написания аналитических обзоров, размещенных на сайте и упомянутых в соответствующих списках литературы. В ближайшем будущем мы разместим файловый архив статей в PDF (Adobe Acrobat Reader) формате на нашем сервере для свободного доступа. Наша база данных ДНК-чипам возможно является одной из самых обширных в РОССИИ и включает более 500 источников.

     На сайте может быть размещена реклама фирм работающих в любой области молекулярно-биологических исследований.

     Теоретическая основа создания ДНК-чипов проста и очевидна. Она базируется на принципе комплементарной гибридизации одно-цепочечных полинуклеотидных цепей, являющихся фундаментом современных представлений о вторичной двух-цепочечной структуре ДНК.

     Но для практической реализации этого элементарного принципа потребовалось объединить самые последние достижения таких наиболее прогрессивных направлений современной науки как молекулярная генетика, нанотехнология, информатика и полупроводниковая индустрия.

     ДНК-чип представляет собой пластину площадью около 1 см² , на которой в строго определенном порядке размещены ячейки, каждая из которых содержит одно-цепочечные полинуклеотиды одной определенной последовательности оснований. Количество таких полинуклеотидных ячеек, а следовательно, и количество различных нуклеотидных последовательностей может превышать 1 млн на 1 см² , их длина варьируется от 9-10 до 1000 нуклеотидов. Подробно принципы структурной организации ДНК-чипов изложены в разделе сайта посвященном архитектонике чипов.

     Технологиям создания ДНК-чипов посвящен соответствующий раздел нашего сайта.

     Коротко можно сказать о том, что существуют два основных направления создания ДНК-чипов. Исторически первыми были методы размещения на чипах предварительно химически синтезированных олигонуклеотидов или полученных с помощью ПЦР одно-цепочечных фрагментов ДНК. Эти методы просты в использовании, необходимое оборудование доступно и относительно дешево. Самым главным преимуществом является высокая гибкость этих методов, позволяющая создать чип с любыми требующимися последовательностями, но этот подход имеет труднопреодолимые недостатки, сильно ограничивающие его использование. Прежде всего, это огромные затраты труда, времени и средств на синтез требуемого количества различных олигонуклеотидов или ДНК. Плотность размещения ДНК на таких чипах не может превышать десятков тысяч на 1 см².

     Другим более перспективным направлением является применение разработанных для нужд микроэлектроники литографических технологий с использованием ультрафиолетового излучения. Такая технология позволяет синтезировать олигонуклеотиды непосредственно на поверхности чипа. При этом плотность их составляет несколько миллионов на 1 см². Недостатком этой технологии является необходимость литографических масок, что ограничивает возможность синтеза этих чипов рамками крупных фирм.

     Последним достижением в данной области стала разработка в 1999 году технологии позволяющей обойтись без литографических масок. Это делает синтез чипов с плотностью олигонуклеотидов любой заданной последовательности превышающей 1 000 000 на 1 см² доступным любой лаборатории.

     Готовый чип гибридизируется с меченным различными способами ДНК-субстратом, представляющим собой обычно к-ДНК, синтезированную с помощью обратной транскрипции с м-РНК изучаемых тканей. Далее производится детекция меченных нуклеотидов с помощью специальных устройств, при этом строится паттерн гибридизации, учитывающий те олигонуклеотиды или ДНК фрагменты, с которыми гибридизировалась меченая ДНК и интенсивность сигнала, отражающую количество меченых молекул в данной ячейке чипа. Таким образом, можно получить информацию о последовательности исследуемых ДНК (так как каждой определенной последовательности исследуемой ДНК соответствует известная последовательность иммобилизованной на чипе ДНК) и о количестве каждой исследуемой последовательности. Детали технологии детекции приведены в соответствующем разделе сайта.

     Уникальные возможности ДНК-чипов, как новой универсальной исследовательской платформы делают особенно привлекательным использование на их основе самых разнообразных ранее разработанных методов ферментативной и неферментативной трансформации ДНК, таких как лигазные и полимеразные реакции.

     Это наиболее перспективное направление манипуляций с субстратом на чипах также отражено на нашем сайте.

     Благодаря своим особенностям технология ДНК-чипов находит все более широкое применение в фундаментальных и прикладных исследованиях. Главной отличительной чертой этой технологии является возможность одновременного анализа огромного количества различных ДНК-последовательностей. Появилась ранее недоступная возможность изучать геном как целое. Это новое направление получило название "геномика". Применение ДНК-чипов позволяет количественно определить уровень экспрессии всех генов любого генома. Особенно важным является установление функциональной роли генов - функциональная геномика. Установление функций генов позволяет разработать методы этиологической диагностики патологических состояний, например злокачественного роста и способы управления функцией генов, которые ответственны за их развитие, в том числе и с помощью такого наиболее перспективного метода как генная терапия. Количественному определению экспрессии и функциональной геномике посвящены соответствующие разделы нашего сайта.

     Благодаря появлению ДНК-чипов появилась возможность производить анализ мутаций во всех генах генома одновременно. Так для анализа всех возможных мутаций во всех генах человека достаточно ДНК-чипа с количеством ячеек равным 100-200 млн., что технически достижимо.

     Технологии и перспективы мутационного анализа также представлены на сайте.

     ДНК-чипы позволяют производить одновременный анализ огромного количества полиморфных маркеров, что открывает новые перспективы для исследований в области молекулярно-генетической эволюции и позиционных геномных исследований (установление связи положения полиморфных маркеров с функцией соседних генов). Информация для работающих в данной чрезвычайно перспективной в постгеномную эру области исследований имеется в соответствующем разделе этого сайта.

     Стремительное развитие ДНК-чип технологии и ее уникальные возможности, особенно появление в самое последнее время принципиально новых доступных для широкого использования подходов в области синтеза чипов, манипуляций с субстратом и детекции результатов делает ДНК-чип технологии чрезвычайно привлекательным для ее внедрения в широкую клиническую практику. Такая перспектива резкого расширения рынка ДНК-чип технологий приведет к появлению новой очень перспективной сферы высокотехнологического бизнеса при этом компании, сумевшие благодаря быстрому внедрению новых высокоэффективных технологий занять доминирующее положение на этом огромном рынке, могут стать такими же гигантами как Intel и Microsoft. Поэтому, учитывая перспективность клинического применения ДНК-чип технологий и этой сферы бизнеса мы в каждом разделе нашего сайта уделяем особое внимание медицинским приложениям этих технологий и подробному аналитическому обзору рынка, критической оценке перспектив коммерческого успеха, его участников и представляемых ими продуктов.

     Мы надеемся, что наш сайт будет полезен всем заинтересованным в развитии этой области исследований и внедрению их результатов в практику.