Ein DNA-Mikroarray ist eine Sammlung von DNA-Spots, die an einer festen Oberfläche befestigt sind. In der Genomforschung können DNA-Mikroarrays verwendet werden, um entweder gleichzeitig die Expressionsniveaus einer großen Anzahl von Genen zu messen oder die verschiedenen Regionen eines Genoms zu untersuchen.

Die in DNA-Mikroarrays verwendeten mikroskopischen Chips bestehen aus hochspezifischen Sonden, die komplementär zu den Ziel-DNA-Sequenzen sind. Diese Sonden können ein Teil von Genen sein. Daher kann jeder DNA-Spot ein bestimmtes DNA-Fragment eines Genoms enthalten. Die Informationen über die Genomsequenzen können verwendet werden, um das vollständige Transkriptionsprogramm eines bestimmten Organismus während Entwicklungsprozessen oder spezifischer physiologischer Reaktionen zu analysieren.

Abgedeckte Schlüsselbereiche

1. Was sind DNA-Mikroarrays? – Definition, Zweck, Punkte 2. Wie werden DNA-Mikroarrays in der Genomforschung verwendet? – Analyse der Transkription

Schlüsselbegriffe: cDNA, DNA-Mikroarray, Fluoreszenz, Genomsequenzen, mRNA, Transkription

Was sind DNA-Mikroarrays?

DNA-Mikroarray bezieht sich auf eine Sammlung von einzelsträngigen DNA-Molekülen hoher Dichte, die an einer festen Oberfläche befestigt sind. Es wird bei der Analyse der Expression von Tausenden von Genen gleichzeitig verwendet. Im Allgemeinen wird ein Anteil von etwa 1 kb von der kodierenden Region jedes Gens auf eng beabstandete Stellen auf der Oberfläche eines mikroskopischen Objektträgers aufgetragen. Typischerweise enthält ein Array/Genchip von 2 × 2 cm etwa 6000 DNA-Spots. Abbildung 1 zeigt einen DNA-Mikroarray-Chip.

Abbildung 1: DNA-Mikroarray

Wie werden DNA-Mikroarrays in der Genomforschung verwendet?

DNA-Mikroarrays können verwendet werden, um die Expression von Genen im Genom zu identifizieren. Dieser Prozess umfasst die Isolierung der gesamten mRNA eines bestimmten Zelltyps unter einer definierten physiologischen Bedingung. Dann werden reverse Transkriptionsreaktionen durchgeführt, um cDNA aus mRNA herzustellen. Hier werden DNA-Primer zusammen mit DNA-Nukleotiden verwendet, die eine geringe Konzentration an markierten Nukleotiden mit grünem Fluoreszenzfarbstoff enthalten. Diese cDNA wird mit den komplementären DNA-Sonden im Chip hybridisiert. Sollen zwei Genome verglichen werden, kann die cDNA des zweiten Genoms mit einem Fluoreszenzfarbstoff einer anderen Farbe wie zB rot markiert werden. Das Verfahren des DNA-Mikroarrays ist in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2: DNA-Mikroarray-Verfahren

Der Genchip kann unter dem Rasterlasermikroskop auf die Emission von Fluoreszenz untersucht werden. Die richtige Hybridisierung von Ziel-DNA mit DNA-Sonden im DNA-Mikroarray ergibt die entsprechende Fluoreszenzfarbe. Da der DNA-Mikroarray durch Anwendung bekannter DNA-Sequenzen hergestellt wird, können die exprimierten Gene im Genom identifiziert werden. Die Kenntnis der durch Genomik gewonnenen DNA-Sequenzen ist entscheidend für die Herstellung von DNA-Mikroarrays, insbesondere für ein bestimmtes Zielgenom.

Abschluss

DNA-Microarrays sind mikroskopische Chips, die Spots definierter DNA-Sonden enthalten. Diese Spots können mit der DNA hybridisiert werden, die aus einem Zielgenom hergestellt wurde, um die Expressionsniveaus unter einer spezifischen physiologischen Bedingung zu identifizieren.

Referenz:

1. Lodish, Harvey. „DNA-Mikroarrays: Analyse der genomweiten Expression.“ Molekulare Zellbiologie. 4. Auflage., U.S. National Library of Medicine, 1. Januar 1970, hier erhältlich.

Bild mit freundlicher Genehmigung:

1. „DNA-Mikroarray“ Von Guillaume Paumier (Benutzer: Guillom) – Eigene Arbeit (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia 2. „Microarray-Schema“ Von Benutzer: Larssono – Eigene Arbeit des ursprünglichen Uploaders (Public Domain) über Commons Wikimedia