Biočipi

Biočip je le nekaj kvadratnih centimetrov velika silicijeva ploščica, ki so jo razvili z združitvijo nekaterih znanosti, kot so: mikroelektronika, mikrosistemi in biologija. Biočipe danes uporabljamo za vzporedno raziskovanje DNA fragmentov in proteinov, encimskih reakcij, za raziskovanje posameznih procesov znotraj ene same celice in za raziskovanje odnosa med geni in boleznijo, kjer dobljene rezultate uporabimo za zdravljenje posameznika. Pri nas poznamo novo tehnologijo pod različnimi imeni, kot so analiza s pomočjo mikromrež, DNA-čipi, genske mreže in genomski čipi.

Vzorci DNA ali fragmenti DNA na genski mreži predstavljajo urejene skupine, ki jih pritrdi robot na ločenih točkah [slika1]. Za vsak vzorec ali fragment, ki ga je robot nanesel na ploščico vemo točno zaporedje, dostikrat pa znamo zaporedje povezati s proteinom in njegovo vlogo v celici. Ko nosilec z DNA inkubiramo s heterogenimi vzorci DNA in RNA iz celic, ki nas zanimajo, bo na osnovi pravil parjenja baz – A-T, G-C pri DNA in A-U, G-C pri RNA – prišlo do nastanka hibridov med komplementarnimi nukleinskimi zaporedji. Proučevano DNA ali RNA iz celic predhodno obarvamo z fluorescentnimi barvili, kjer po nastanku hibrida zaznamo fluorescentni signal na točno določenem mestu na ploščici. Barva ali svetlost predstavljata relativno množino hibrida, kot prikazuje naslednja [slika2]

Ko vemo kje na ploščici je prišlo do vezave in v kakšni meri, lahko iz teh podatkov razberemo, katera zaporedja so bila prisotna v preiskovanih celicah in tudi v kakšni množini. Na ta način ugotavljamo dvoje: identificiramo sparjena zaporedja komplementarne DNA in mRNA ter določimo raven izražanja genov.

Zgodovina

Sam razvoj biočipa se prične že v začetku devetnajstega stoletja, ko so se začele razvijati osnovne aparature na podlagi občutljivosti. Vendar pa se prvi biosenzor pojavi še-le leta 1996, katerega so uporabljali za raziskovanje bioloških molekul. Ko sta leta 1953 Watson in Crick, prvič objavila teorijo o svojem odkritju – dvojni heliks DNA verige – so se pričele množične raziskave in odkritja na področju biotehnologije. Leta 1977 sta Sanger in Gilbert prvič razbrala genski kod (navodilo za sintezo proteina). To odkritje je razjasnilo marsikatero vprašanje, na katere si v tistem času niso znali odgovoriti. Npr.: kako hibridizacija posamezne komplementarne oligonukleotidne skupine vpliva na občutljivost osnovne DNA verige. Veliki napredki v biotehnologiji in polprevodniški tehnologiji so se začeli kazati v osemdesetih letih prejšnjega stoletja in so bili odskočna deska za odkritje v devetdesetih letih, saj je takrat ameriško podjetje Affymetrix razvilo prvi biočip. Affymetrix je pionir v iznajdbah biočipa in ima veliko zaslug, da je biotehnologija pripeljala do genetske revolucije.

Čip, imenovan "GeneChip", je vseboval senzorje za prepoznavanje posameznih DNA fragmentov in odčital nepravilnosti na posameznem fragmentu ali pa prepoznal modifikacije enega nukleotida, npr.: p53 – tumor suspresorski protein, BRCA1 in BRCA2 – gen raka dojke. Biočipi so izdelani s pomočjo mikrolitografskih tehnik, ki delujejo na podlagi integriranega vezja.

Dandanes biočipe uporabljamo predvsem v diagnostiki onkogenih bolezni.

Biočip kot vsadek – Biochip implant

Danes se biočipi uporabljajo tudi kot vsadki, katere vstavijo pod kožo in služijo v identifikacijske namene. Vsadki v velikosti riževega zrna [slika3], ki delujejo kot majhen mikro računalnik. Mikro računlnik je sestavljen iz dveh komponent – transporder (telekomunikacijski del) in skener oziroma bralec. Transporder je tisti del sistema, ki ga vstavimo pod kožo in deluje na pasivni ravni. Transponder je sestavljen iz štirih delov – računalniškega mikročipa, zvite antene, kondenzatorja in majhne steklene kapule, kamor spravimo vse prej naštete dele. V pasivnem stanju ostane toliko časa, dokler mu skener ne pošlje energijo v obliki nizkih električnih signalov. Ko jo ta prejme, se aktivira bralec, ki skenira/bere rezultate. Komunikacija med biočip vsadkom in bralcem poteka po nizko frekvenčnih radijskih valovih. Biočip, ravno zaradi pasivnega delovanja lahko "preživi" kar 99 let.

Viri in literatura

• Boyer, R. Temelji biokemije. Ljubljana: Študentska založba, 2005
• http://www.av1611.org/666/biochip.html
• http://en.wikipedia.org/wiki/Biochip
• slika1: http://www.es.anl.gov/Energy_systems/Archived_Highlights/2006/Biochip_Technologies/061117_biochip_assay-hirez.jpg
• slika2: http://willson.cm.utexas.edu/Research/Sub_Files/Biochip/Images/biochip.jpg
• slika3: http://www.specialsol.com/electr11.jpg