Naučnici su proizveli funkcionalnu dvodimenzionalnu veštačku ćeliju na staklenom čipu.
Profesor Roy Bar-Ziv i njegov istraživački tim sa Odseka za materijale i interfejs na Weizmann institutu u Izraelu, uspeli su stvoriti dvodimenzionalni, nalik ćeliji, sistem na staklenom čipu. Ovaj sistem, kreiran od nekih od najosnovnijih bioloških molekula koje nalazimo u ćelijama – DNK, RNK, proteina – izvršio je jednu od glavnih funkcija žive ćelije: gensku ekspresiju, proces kojim se informacije sačuvane u genima prevode u proteine. Čak i više od toga, omogućio je naučnicima, predvođenim Yaelom Heymanom, da prikupe slike ovog procesa u nanometarskoj rezoluciji.
Sistem, sastavljen od staklenih čipova debljine samo 8 nanometara, baziran je na prethodnom sistemu koga su u Bar-Zivovoj laboratoriji dizajnirali dr. Shirley Daube i njen bivši student dr. Amnon Buxboim. Nakon oblaganja fotoosetljivim materijalom, čipovi su ozračeni fokusiranim zracima ultraljubičastog svetla, koje omogućava biološkim molekulama povezivanje sa supstancom na ozračenim područjima. Na ovaj način, naučnici su mogli precizno postaviti DNK molekule enkodirajući protein označen sa zelenom fluorescentnom oznakom u jednom području na čipu i antitela koja "hvataju" obojene proteine na suprotnom delu čipa.
Kada su naučnici pod fluorescentnim mikroskopom posmatrali čip, uočili su da je područje u koje su postavili antitela postalo sjajno zeleno. To je značilo da su se DNK instrukcije prepisale (transkribirane) u RNK molekule, koje su se potom prevele (translatirale) u fluorescentno zelene proteine. Zelene proteine su zatim uhvatila antitela.
Sledeće, naučnici su se zapitali može li njihov sistem reprodukovati kompleksne strukturalne sastave prirodnih proteina. Ovoga puta, postavili su virusni gen na površinu čipa enkodirajući protein koji se može samo-sastaviti u nanocev. Uz pomoć dr. Sharon Wolf iz Jedinice za elektronsku mikroskopiju, naučnici su pod elektronskim mikroskopom posmatrali mnoštvo sićušnih cevi kako se razvijaju iz područja na kojima su locirana antitela.
Naučnici su zatim tražili način kako da proizvedu i zadrže veći broj proteina istovremeno kroz ograničavanje svakog pojedinog proteina prema području na čipu gde se nalazi njegov gen. Na gornjem delu čipa gde su se nalazili DNK enkodirajući zeleni proteini, naučnici su dodali rastvor drugim genom enkodirajući crveni protein. Crveni i zeleni proteini su se međusobno takmičili kako bi se povezali sa antitelima, stvarajući uređeno prostorno razdvajanje u kome su antitela najbliža zelenim genima imala najveću koncentraciju zelenih proteina, uz porast crvenih koncentracija na preostalim područjima.
DNK čip predstavlja minijaturni sistem mikroskopskih DNK segmenata, raspoređenih prema mrežastom obrascu na površini čipa, nad kojima se sprovodi uporedna analiza hibridizacije. Osnovni princip funkcionisanja DNK čipa je upravo hibridizacija između dva DNK lanca (eng. strand), odnosno proces u kome se dva polinukleotidna lanca po principu komplementarnosti nukleotidnih baza povezuju vodonikovim vezama.
Čip se sastoji od hiljada nukleotidnih nizova (sekvenci), postavljenih na staklenom nosaču ili sintetičkoj membrani, koje funkcionišu kao probe (eng. probe), odnosno reporteri, naučniku koji sprovodi analizu pokazuju da li testni uzorak sadrži specifični DNK ili RNK niz. Nukleotidne sekvence raspoređuju se tehnikom “spottinga“ ili direktnom sintezom na tačno definisana mesta na podlozi čineći tako sistematično oblikovana genska polja (eng. array). Primenom ove tehnologije omogućava se analiza velikog broja genetskih karakteristika u samo jednom eksperimentu.
Primena DNA mikroniz tehnologije pomaže naučnicima u identifikaciji novih gena, razumevanju njihovog funkcionisanja i nivoa ekspresija pod različitim uslovima. Takođe, osigurava bolji uvid u različite bolesti poput bolesti srca, mentalnih oboljenja, zaraznih bolesti te uveliko doprinosi istraživanju karcinoma.
DNA mikroniz tehnologija može omogućiti dalju klasifikaciju tipova karcinoma prema obrascima genske aktivnosti u tumorskim ćelijama te tako pomoći u razvoju efikasnijih tretmanskih rešenja koja će biti usmerena idirektno na specifične vrste karcinoma.
Farmakoekonomika, naučna disciplina koja procenjuje trošak i efekte farmaceutskog proizvoda, imaće velike koristi od mikropostroja tehnologije u kontekstu otkrića novih lekova. Naime, komparativnom analizom gena sa mrtve i žive ćelije mikropostroja može pomoći u identifikaciji biohemijske strukture proteina sintetizovanih od mrtve ćelije, te tako omogućiti sintetizovanje lekova koji se bore protiv tih proteina, redukujući tako njihov uticaj.
Aplikacija DNK mikroniz tehnologije važna je i u području toksikološkog istraživanja. Konkretno, mikroniz osigurava široku platformu za istraživanje uticaja toksina na ćelije i njihovo prenošenje na potomstvo, kroz uspostavljanje korelacije između reakcija na toksikante i promene u genetskom profilu ćelija koje su izložene takvim toksikantima.
Iako je proizvodnja DNK čipa vrlo skup i sofisticiran proces, upotrebom automatizovanih uređaja i robota troškovi ovog procesa se smanjuju. Analiza velikog broja informacija koje proizlaze iz mikroniz eksperimenta obavlja se računarskim putem, pri čemu dobivene informacije bivaju uvrštene u baze podataka koje se automatski obrađuju.
Od početka razvoja u 90-im godinama prošlog veka, DNA mikroniz tehnologija je postala jedan od najvažnijih alata u otkrivanju ključnih informacija o genetskim faktorima koji su involvirani u razvoju mnogih bolesti, uključujući i različite oblike karcinoma.
Izvor: vidi.hr