DNA-Chip-Technologie

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Beispiel eines DNA-Chip mit etwa 40.000 Testfeldern.

Die DNA-Chip-Technologie (synonym DNA-Microarray) ist eine biochemische und bioinformatische Methode zur Bestimmung von Mengen unterschiedlicher DNA. Sie ist eine Variante des Microarrays (synonym Chip) mit DNA.[1]

Eigenschaften[Bearbeiten]

Die DNA-Chip-Technologie nutzt unter anderem Techniken aus der Halbleiterfertigung, um bekannte Gene auf ein fingernagelgroßes Plastik- oder Glasplättchen, den Microarray, als Gensonden aufzubringen. Jedes Testfeld auf einem Microarray trägt eine definierte Sequenz. Durch Zugabe einer DNA-Lösung und einer Fluoreszenzfärbung werden die Stellen mit gebundener DNA auf dem Microarray und somit die DNA-Sequenz identifiziert. Dadurch kann die Genexpression eines Genoms und Änderungen darin gemessen werden.

In dem seit Ende der 1980er Jahre von Stephen P. A. Fodor entwickelten Verfahren können über 100.000 bekannte Gene in zu untersuchenden Patientenproben aus verschiedenen Geweben identifiziert werden. Die einzelnen Felder des Microarray sind mit einzelsträngigen DNA-Stücken beschichtet. Microarrays dienen der Bestimmung relativer Änderungen der Genexpression. Sie können aber auch zur Genotypisierung eingesetzt werden. Durch Zugabe der mit einem roten und grünen Fluoreszenzfarbstoff markierten Untersuchungsproben binden diese bei komplementärer Basenabfolge an die DNA im Chip. Die Position, Intensität und Wellenlänge der entstehenden Mischfarbe werden mit einer hochauflösenden Laserkamera detektiert und liefern Informationen über Unterschiede in der Expression der Gene zwischen den beiden Proben, z. B. in verschiedenen Organbereichen.

1994 brachte die Firma Affymetrix mit dem „HIV Gene Chip“ den ersten kommerziell erhältlichen DNA-Chip auf den Markt. Heute gibt es für einen breiten Anwendungsbereich spezielle Arrays für Genomische DNA, Plasmide, PCR-Produkte und lange Oligonukleotide.

Oberflächenchemie der Chips[Bearbeiten]

Oft arbeitet man mit Aldehydslides, bei denen an der Oberfläche der Chips Aldehydgruppen angebracht sind, die die aminomodifizierten Oligonukleotide über eine Iminbildung binden (kovalente Bindung).

  • Epoxymodifizierte Slides: aminomodifizierte Oligos binden an der Epoxidgruppe unter Bildung eines Amins.
  • Streptavidin-modifizierte Slides: Biotin-modifizierte Oligos binden an dem Protein. (Das Tetramer Streptavidin besitzt vier Bindungsstellen, die je ein Biotin binden können)
  • NHS-Slides: Diese Slides sind mit NHS–Estergruppen beschichtet. Durch ein aminomodifiziertes Oligo bildet sich ein Amid. (NHS = N-Hydroxysuccinimid)
  • Aminoslides: unmodifiziertes Oligo bindet an einer unbestimmten Stelle, während der Bestrahlung mit Licht im UV-Bereich (unbestimmte Reaktion).

Hersteller[Bearbeiten]

  • Miltenyi Biotec, Geschäftsbereich MACSmolecular.
  • Agilent Life Sciences, die ursprünglich in Kooperation mit Affymetrix die Scanner bereitstellten.
  • Applied Biosystems, die ein System auf den Markt gebracht haben, das aufgrund der Chemolumineszenz-Technologie Genexpressionen nachweisen kann.
  • Combimatrix, die Life Science Firma der Acacia Research Holding.
  • Eppendorf Biochip Systems, die das Silverquant Detektionssystem für den colorimetrischen Nachweis von Signalen entwickelt hat.
  • febit biomed, eine Firma, die den weltweit ersten Random Access Genomic Analyzer (das Geniom) entwickelt hat.
  • GE Healthcare (ein Geschäftsbereich von GE), entstanden aus dem Zusammenschluss von GE Medical und Amersham Life Sciences 2004.
  • Illumina, eine Firma, die auf der Basis der Bead-Technologie arbeitet.
  • NimbleGen, Life Science Firma, seit 2007 Tochter-Firma von Roche Diagnostics. Anbieter für hochdichte Microarrays mit langen Oligosonden, Reagenzien und Scannersystem MS 200. Arraysynthese basierend auf der Maskless Array Synthesis (MAS) Technologie.
  • PolyAn, eine Firma, die 3D-funktionalisierte Slides aus Polymer- bzw. Glas als Trägermaterial und fluoreszenzkodierte Beads für die molekulare Diagnostik entwickelt und produziert.
  • Schott Nexterion Microarray Solutions Die Produktgruppe Nexterion Microarray Solutions, ein Teilbereich der Schott Jenaer Glas GmbH, entwickelt, produziert und verkauft beschichtete und unbeschichtete Glassubstrate für die DNA- und Protein-Analyse.
  • Ditabis Digital Biomedical Imaging Systems AG, eine Firma aus Baden-Württemberg die sich auf die Entwicklung und Produktion von Microarray-Scanner-Systemen für Life Science und Diagnostik spezialisiert hat.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. R. N. Nazar, P. Chen, D. Dean, J. Robb: DNA chip analysis in diverse organisms with unsequenced genomes. In: Molecular biotechnology. Band 44, Nummer 1, Januar 2010, S. 8–13, ISSN 1559-0305. doi:10.1007/s12033-009-9212-6. PMID 19757211.