Was ist DNA-Mikroarray-Technologie?

Genetik, Gesundheit

ddp, Beitrag vom 11. Dezember 2021

Der DNA-Mikroarray ist ein Instrument, mit dem festgestellt werden kann, ob die DNA eines bestimmten Individuums eine Genmutation enthält.

Die Wissenschaftler wissen, dass eine Mutation – oder Veränderung – in der DNA eines bestimmten Gens zu einer bestimmten Krankheit beitragen kann. Es kann jedoch sehr schwierig sein, einen Test zum Nachweis dieser Mutationen zu entwickeln, da die meisten großen Gene viele Regionen aufweisen, in denen Mutationen auftreten können. So gehen Forscher beispielsweise davon aus, dass Mutationen in den Genen BRCA1 und BRCA2 bis zu 60 Prozent aller Fälle von erblichem Brust- und Eierstockkrebs verursachen. Es gibt jedoch nicht nur eine bestimmte Mutation, die für alle diese Fälle verantwortlich ist. Der DNA-Mikroarray ist ein Instrument, mit dem festgestellt werden kann, ob die DNA einer bestimmten Person eine Mutation in Genen wie BRCA1 und BRCA2 enthält. Der Chip besteht aus einer kleinen Glasplatte, die mit Kunststoff umhüllt ist. Einige Unternehmen stellen Microarrays mit ähnlichen Methoden her wie Computer-Mikrochips. Auf der Oberfläche jedes Chips befinden sich Tausende von kurzen, synthetischen, einsträngigen DNA-Sequenzen, die zusammen das betreffende normale Gen und Varianten (Mutationen) dieses Gens ergeben, die in der menschlichen Bevölkerung gefunden wurden.

 

Wofür wird ein DNA-Mikroarray verwendet?

Bei ihrer Einführung wurden DNA-Mikroarrays nur als Forschungsinstrument eingesetzt. Auch heute noch führen Wissenschaftler groß angelegte Bevölkerungsstudien durch – zum Beispiel, um festzustellen, wie häufig Personen mit einer bestimmten Mutation tatsächlich an Brustkrebs erkranken, oder um die Veränderungen in Gensequenzen zu ermitteln, die am häufigsten mit bestimmten Krankheiten in Verbindung gebracht werden. Dies ist möglich geworden, weil – ähnlich wie bei Computerchips – eine sehr große Anzahl von „Merkmalen“ auf Microarray-Chips abgelegt werden kann, die einen sehr großen Teil des menschlichen Genoms repräsentieren.

Microarrays können auch verwendet werden, um zu untersuchen, inwieweit bestimmte Gene in Zellen und Geweben ein- oder ausgeschaltet sind. In diesem Fall wird nicht die DNA aus den Proben isoliert, sondern die RNA (die ein Transkript der DNA ist) und gemessen.

Heute werden DNA-Mikroarrays bei klinischen Diagnosetests für einige Krankheiten eingesetzt. Mit dem Aufkommen neuer DNA-Sequenzierungstechnologien werden einige der Tests, für die in der Vergangenheit Microarrays verwendet wurden, nun durch DNA-Sequenzierung ersetzt. Microarray-Tests sind jedoch in der Regel immer noch kostengünstiger als Sequenzierungstests, so dass sie für sehr große Studien sowie für einige klinische Tests verwendet werden können.

Wie funktioniert ein DNA-Mikroarray?

Um festzustellen, ob eine Person eine Mutation für eine bestimmte Krankheit besitzt, entnimmt ein Wissenschaftler zunächst eine DNA-Probe aus dem Blut des Patienten sowie eine Kontrollprobe – eine Probe, die keine Mutation im betreffenden Gen enthält.

Der Forscher denaturiert dann die DNA in den Proben – ein Prozess, der die beiden komplementären DNA-Stränge in einzelsträngige Moleküle aufspaltet. Der nächste Schritt besteht darin, die langen DNA-Stränge in kleinere, besser handhabbare Fragmente zu zerschneiden und dann jedes Fragment durch Anbringen eines Fluoreszenzfarbstoffs zu markieren (es gibt noch andere Möglichkeiten, dies zu tun, aber dies ist eine gängige Methode). Die DNA der Person wird mit grünem Farbstoff und die Kontroll-DNA – oder normale DNA – mit rotem Farbstoff markiert. Beide markierten DNA-Sätze werden dann in den Chip eingefügt und können mit der synthetischen DNA auf dem Chip hybridisieren – oder binden -.

Wenn die Person keine Mutation des Gens hat, binden sowohl die rote als auch die grüne Probe an die Sequenzen auf dem Chip, die die Sequenz ohne Mutation (die „normale“ Sequenz) darstellen.

Wenn die Person eine Mutation besitzt, bindet die DNA der Person nicht richtig an die DNA-Sequenzen auf dem Chip, die die „normale“ Sequenz darstellen, sondern an die Sequenz auf dem Chip, die die mutierte DNA darstellt.


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