आधुनिक आनुवंशिकी अतीत की अवधारणाओं से बहुत आगे निकल गई है। आधुनिक विज्ञान आनुवंशिक स्तर पर ज्ञान का आधार बनाने में सक्षम है। आनुवंशिक चिप्स, जिन पर इस लेख में चर्चा की जाएगी, कोशिकाओं में उत्परिवर्तन प्रक्रियाओं के संकेत और एक विशिष्ट जीन के बहुरूपता को निर्धारित करने में सक्षम हैं।
1. विवरण
डीएनए चिप्स एक विशेष जीन के मापदंडों और विशेषताओं, साथ ही इसके गुणों और विकास को निर्धारित करने के लिए एक तथाकथित तकनीक है।
माइक्रोएरे तकनीक का उपयोग आनुवंशिकी और जीव विज्ञान के आणविक क्षेत्रों में किया जाता है। अनुसंधान में माइक्रोचिप्स का उपयोग किया जाता है जिसमें एक हजार से अधिक तथाकथित जांच (वैज्ञानिक नाम डीऑक्सीराइबोन्यूक्लियोटाइड) शामिल हैं।
डीएनए जांच में माइक्रोडॉट्स का एक समूह होता है जो एक सब्सट्रेट पर तय होता है। एक माइक्रोडॉट में न्यूक्लियोटाइड्स की श्रृंखलाओं से बने पिको-मोल्स होते हैं।
संकरण विधि का उपयोग जीन अणु के तत्वों की संख्या और पंजीकरण निर्धारित करने के लिए किया जाता है। इस मामले में, डेटा प्रोसेसिंग की एक फ्लोरोसेंट विधि का उपयोग किया जाता है। यह विधि किसी दिए गए हेलिक्स में न्यूक्लियोटाइड की संख्या निर्धारित करती है।
2. इतिहास
वैज्ञानिक दो शताब्दियों से अधिक समय से मानव शरीर की आनुवंशिक आनुवंशिकता का अध्ययन कर रहे हैं। यद्यपि प्रथम
डीएनए चिप्स
प्रायोगिक परिणाम और सामने रखे गए सिद्धांत बीसवीं सदी की शुरुआत में दिए गए थे
बीसवीं सदी के 53 में, यह प्रयोगात्मक रूप से सिद्ध किया गया था कि प्रोटीन संरचना में अमीनो एसिड के अद्वितीय अनुक्रम शामिल होते हैं, जो एक सर्पिल सीढ़ी में व्यवस्थित होते हैं।
माइक्रोएरे का विकास साउदर्न ब्लॉटिंग तकनीक से हुआ। इस तकनीक में आनुवंशिक फ़्रेमिंग के टुकड़ों को एक ठोस वाहक पर स्थानांतरित करना और बाद में इस नमूने में निहित न्यूक्लियोटाइड अनुक्रमों को निर्धारित करने के लिए इसका उपयोग करना शामिल था।
1987 में, आनुवंशिक कोड को पहली बार एक चिप में एकीकृत किया गया था। उसी वर्ष, जीनोम अभिव्यक्तियों के नियमन को निर्धारित करने के लिए पहला प्रयोग किया गया। पहला प्रयोग इंटरफेरॉन अणुओं का उपयोग करके किया गया था।
पहले, कठोर सतह के बजाय, फ़िल्टर पेपर का उपयोग किया जाता था, जिस पर टपकाने की विधि का उपयोग करके डीएनए की सूक्ष्म मात्रा जमा की जाती थी।
जीनोम अभिव्यक्ति निर्धारित करने के लिए मिनीचिप्स का पहली बार 1995 में उपयोग किया गया था।
1997 में, आनुवंशिकीविदों ने एक प्रयोग किया जिसमें एक अविभाजित यूकेरियोटिक जीन एक डीएनए चिप पर स्थित था।
3. परिचालन सिद्धांत
कांच और सिलिकॉन से बनी कठोर सतहों का उपयोग चिप सब्सट्रेट के रूप में किया जाता है। ऐसी लघु गेंदें भी हैं जिनका उपयोग जांच को जोड़ने के लिए किया जाता है। गेंदें मुख्य रूप से इलुमिना द्वारा निर्मित की जाती हैं।
माइक्रो-कोडिंग प्रौद्योगिकियाँ निम्नलिखित मापदंडों में भिन्न हैं:
· नौकरी की विशेषताएं; 
· डिज़ाइन;
· शुद्धता;
· क्षमता;
· कीमत।
डीएनए के प्रकार के आधार पर, जांच को चार मुख्य प्रकारों में विभाजित किया जाता है:
· मुद्रित - जांच रासायनिक रूप से निर्मित होती है और फिर एक सब्सट्रेट से चिपक जाती है। जांच को सुई के साथ कुछ बिंदुओं पर लगाया जाता है या एक प्रिंटर का उपयोग किया जाता है (पारंपरिक इंकजेट प्रिंटर की स्याही को नैनोलीटर मात्रा की बूंदों से बदल दिया जाता है)।
· इन-सीटू - फोटोलिथोग्राफी अनुप्रयोग विधि। समूह न्यूक्लियोटाइड जमा करने के लिए पराबैंगनी प्रकाश का उपयोग करना। न्यूक्लियोटाइड्स के एक समूह के लिए, फोटोलिथोग्राफ़िक मास्क को चार बार बदलना आवश्यक है। पहले का उपयोग न्यूक्लियोटाइड को संश्लेषित करने के लिए किया जाता है, शेष तीन का उपयोग सुरक्षात्मक निष्कासन को रोकने के लिए किया जाता है। एक जेनेटिक कोड चिप एक सौ फोटोलिथोग्राफ़िक मास्क से बनी होती है।
· उच्च घनत्व - क्वार्ट्ज मोतियों की रंग कोडिंग का उपयोग। मोतियों को एक सब्सट्रेट में एकत्रित क्वार्ट्ज ग्लास पर बेतरतीब ढंग से वितरित किया जाता है। इस प्रकार के निदान से एक वर्ग मिलीमीटर में चालीस हजार से अधिक तत्व एकत्रित किये जा सकते हैं।
· मनका सरणी - कांच के मोतियों को डिकोड करने की एक विधि। प्रत्येक सब्सट्रेट बीड को एक विशिष्ट पता सौंपा गया है, जिसमें तीन संभावित अनुक्रम मान शामिल हैं।
4. यह क्यों आवश्यक है?
आनुवंशिक कोड की सूक्ष्म तत्व प्रौद्योगिकियों के उपयोग से जीवित जीव में जीन की स्थिति और पहचान का आकलन करना संभव हो जाता है। चिप्स की सहायता से किसी जैविक जीव का संपूर्ण एवं व्यापक अध्ययन संभव है।
5. चिकित्सा एवं आनुवंशिकी में उपयोग
आनुवंशिकी और जैविक चिकित्सा आनुवंशिक कोड माइक्रोएरे के व्यावहारिक और सैद्धांतिक परिणामों का उपयोग करती है। चिप्स की बदौलत जीन अभिव्यक्ति का विश्लेषण करने के लिए नियमित रूप से अनुसंधान किया जाता है। इससे चार दिशाओं में जानकारी का पता चलता है:
· एक न्यूक्लियोटाइड; 
· बहुरूपता;
· जीनोटाइपिंग;
· उत्परिवर्तित जीनोम का विभाजन.
यह तकनीक बड़ी संख्या में जीन की पहचान के सिंथेटिक विश्लेषण में प्रभावी है। इस मामले में, लिए गए प्रत्येक न्यूक्लियोटाइड और उनके अनुक्रमों के लिए एक संरचनात्मक विश्लेषण एक साथ किया जाता है।
6. विकास की संभावनाएं
आनुवंशिकी और आणविक जीव विज्ञान में इस तकनीक का व्यापक उपयोग आधुनिक चिप्स के कई मापदंडों से जुड़ा है:
· बहुत अधिक संवेदनशीलता;
· प्रौद्योगिकी की विशिष्टता;
· प्रयोगात्मक परिणामों का पुनरुत्पादन;
· प्रक्रियाओं के कार्यान्वयन में आसानी;
· बड़ी संख्या में मापदंडों से एक साथ जानकारी का संभावित कार्यान्वयन;
· कम लागत।
7. शैक्षणिक तथ्य
वर्तमान में, निम्नलिखित विशेषताओं वाली दो पारंपरिक निदान विधियाँ हैं:
रियल टाइम:
· आधार पर मैट्रिक्स की संख्या का अनुमान; 
· नहीं, कठिन-से-प्राप्त नौकरियाँ;
· कोई वैद्युतकणसंचलन चरण नहीं, गलत परिणामों का कम जोखिम;
· प्राप्त परिणामों का गणितीय विश्लेषण किया जाता है;
· प्रयोगशाला संगठन के लिए न्यूनतम आवश्यकताएँ;
· महत्वपूर्ण समय की बचत.
जैविक चिप्स:
· लघु नमूने;
· कम श्रम लागत;
· समय बचाने वाला;
· क्रमिक विशेषताओं का विश्लेषण;
· विधि की संवेदनशीलता;
· कार्यान्वयन का आसानी।
संभवतः, दो निदान विधियों को मिलाकर एक बिल्कुल अद्वितीय प्रकार का तकनीकी विश्लेषण बनाना संभव है जो भविष्य और वर्तमान के सभी कार्यों को प्रभावी ढंग से संभाल सकता है।
हाल ही में, डीएनए प्रौद्योगिकियां सक्रिय रूप से विकसित हो रही हैं, जो न केवल एक विशेषता निर्धारित करना संभव बनाती हैं, बल्कि एक साथ विभेदक अनुक्रमण करना भी संभव बनाती हैं, अर्थात। जीनोम के ज्ञात क्षेत्रों में बिंदु उत्परिवर्तन या बहुरूपता का निर्धारण। पारंपरिक आणविक जैविक तरीकों की तुलना में इन प्रौद्योगिकियों के महत्वपूर्ण फायदे हैं, क्योंकि वे परीक्षण नमूने और विश्लेषक को छोटा करना संभव बनाते हैं, जो विश्लेषण की लागत और उसके समय को काफी कम कर देता है, साथ ही साथ प्रवर्धन विधियों की संवेदनशीलता को खोए बिना, परीक्षण नमूने के विभिन्न मापदंडों को निर्धारित करता है। किसी दी गई लंबाई के सभी संभावित न्यूक्लियोटाइड अनुक्रमों के ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड्स वाले चिप्स के उपयोग पर आधारित विधियों का मुख्य लाभ उनकी बहुमुखी प्रतिभा है। चिप पर किसी भी अनुक्रम के ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड की उपस्थिति अध्ययन के तहत किसी भी अनुक्रम का विश्लेषण करना संभव बनाती है। माइक्रोचिप्स का उपयोग एक साथ कई अलग-अलग जांचों के साथ कुछ लिगेंड्स की बातचीत को तुरंत निर्धारित करने के सिद्धांत पर आधारित है। दरअसल, जैविक माइक्रोचिप्स एक या दूसरा ठोस समर्थन है जिस पर या तो न्यूक्लिक एसिड, या प्रोटीन, या कार्बोहाइड्रेट, या किसी अन्य जांच अणुओं के कुछ टुकड़े लगाए जाते हैं जिन्हें पहचाना जा सकता है या जैविक गतिविधि प्रदर्शित की जा सकती है। एक सब्सट्रेट पर विभिन्न जांचों की संख्या सैकड़ों हजारों तक पहुंच सकती है, और प्रत्येक प्रकार के चिप्स पूरी तरह से समान होते हैं और, मौजूदा प्रौद्योगिकियों के साथ, एक सब्सट्रेट पर जमा की गई सैकड़ों हजारों और लाखों प्रतियों में दोहराया जा सकता है।
डीएनए माइक्रोएरे
इसमें प्रोटीन, डीएनए, कार्बोहाइड्रेट और ऊतक चिप्स होते हैं। डीएनए चिप्स विशेष ध्यान देने योग्य हैं। वे एक अद्वितीय विश्लेषणात्मक उपकरण का प्रतिनिधित्व करते हैं जो आपको विश्लेषण किए गए नमूने (आमतौर पर जैविक मूल) (तथाकथित संकरण विश्लेषण) में निर्दिष्ट डीएनए अनुक्रमों की उपस्थिति निर्धारित करने की अनुमति देता है। डीएनए चिप्स का उपयोग करके विश्लेषण करना वैकल्पिक प्रौद्योगिकियों (वैद्युतकणसंचलन, वास्तविक समय पीसीआर) का उपयोग करने से कई गुना सस्ता है और, एक साधारण डिटेक्टर के साथ, प्रयोगशाला के बाहर काम करने की अनुमति देता है।
पिछली सदी के 80 के दशक के अंत में अनुसंधान में डीएनए चिप्स का पहली बार उपयोग किया गया था। यह अब व्यापक विधि, जो कई जीनों की अभिव्यक्ति के एक साथ विश्लेषण की अनुमति देती है, एक माइक्रोचिप पर स्थिर एकल-फंसे डीएनए टुकड़ों के साथ उनके संकरण के माध्यम से एमआरएनए या सीडीएनए लक्ष्यों की पहचान के सिद्धांत पर आधारित है।
एक डीएनए चिप एक ठोस समर्थन है जिस पर विभिन्न लंबाई के एकल-फंसे डीएनए टुकड़े स्थिर होते हैं (आमतौर पर सहसंयोजक): छोटे - 15-25 न्यूक्लियोटाइड, लंबे - 25-60 न्यूक्लियोटाइड, और सीडीएनए टुकड़े - 100 से 3000 न्यूक्लियोटाइड तक। ग्लास, सिलिकॉन, विभिन्न पॉलिमर, हाइड्रोजेल (उदाहरण के लिए, पॉलीएक्रिलामाइड पर आधारित) और यहां तक कि सोने का उपयोग सब्सट्रेट सामग्री के रूप में किया जाता है।
संकरण प्रौद्योगिकी का आधार है
सभी आधुनिक डीएनए प्रौद्योगिकियों का आधार संकरण है। संकरण के परिणामस्वरूप, न्यूक्लिक एसिड अणु अणुओं के तत्वों - न्यूक्लियोटाइड्स के बीच के बंधन के कारण स्थिर डबल-स्ट्रैंडेड संरचनाएं बनाने में सक्षम होते हैं। न्यूक्लियोटाइड एडेनिन (ए) थाइमिन (टी) का पूरक है, गुआनिन (जी) साइटोसिन (सी) का पूरक है। परिणामस्वरूप, एकल-स्ट्रैंडेड न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम ATGC, TACG संरचना के एकल-स्ट्रैंडेड डीएनए अणु के साथ एक स्थिर संघ, एक डबल-स्ट्रैंडेड संरचना बनाएगा।
…..एटीजीसी….
| | | |
…..TACG….
इस तरह की संपूरकता दो डीएनए अणुओं के "एक साथ चिपकने" की ओर ले जाती है, जिनमें से एक को सब्सट्रेट पर निश्चित रूप से तय किया जा सकता है और डीएनए चिप का एक तत्व बनाया जा सकता है। चिप के तत्वों के पूरक जितने अधिक अणु नमूने में समाहित होंगे, उनमें से उतने ही अधिक चिप से जुड़ेंगे, और इस तत्व से प्राप्त सिग्नल की तीव्रता उतनी ही अधिक होगी। चित्र में. चित्र 1 एडेनिन बेस के पूरक इंटरैक्शन के आधार पर डीएनए सेल या ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड बायोचिप के संचालन के सिद्धांत को दर्शाता है ( ए) थाइमिन के साथ ( टी) और गुआनिन ( जी) साइटोसिन के साथ ( साथ) डीएनए के दो स्ट्रैंड में। यदि डीएनए (या ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड) के एक स्ट्रैंड में आधारों का अनुक्रम दूसरे स्ट्रैंड के अनुक्रम का पूरी तरह से पूरक है, तो एक स्थिर पूर्ण डबल-स्ट्रैंडेड हेलिक्स बनता है - एक डुप्लेक्स। हालाँकि, उदाहरण के लिए, डुप्लेक्स में एक भी गलत जोड़ी की उपस्थिति जी-जी, डुप्लेक्स गठन को रोकता है। यदि आप माइक्रोचिप के तत्वों में से एक में विशिष्ट एकल-फंसे डीएनए या कहें, 20-मेर ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड (जांच) को स्थिर करते हैं, तो जब फ्लोरोसेंट रंगों के साथ लेबल किए गए डीएनए टुकड़े, उदाहरण के लिए मानव जीनोम, माइक्रोचिप में जोड़े जाते हैं, उनकी अत्यधिक विशिष्ट बातचीत घटित होगी। बायोचिप का दिया गया ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड तत्व विशेष रूप से डीएनए में इस लंबाई के सभी संभावित अनुक्रमों में से 4 20 =1.09x10 12 में से केवल एक पूरक अनुक्रम को बांधेगा। परिणामस्वरूप, फ्लोरोसेंट चमक केवल बायोचिप के इस पूरक तत्व पर देखी जाती है। इस प्रकार, बायोचिप का एक तत्व इलेक्ट्रॉनिक चिप के एक तत्व के विपरीत, जहां बाइनरी नमूनाकरण होता है, लगभग एक ट्रिलियन संभावित विकल्पों में से एक नमूना तैयार करता है: हाँया नहीं.
चावल। 1. बायोचिप पर डीएनए डबल हेलिक्स के निर्माण की योजना। ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड बायोचिप के तत्वों में से एक पर तय होता है और कई फ्लोरोसेंटली लेबल वाले डीएनए टुकड़ों में से केवल पूरक को चुनिंदा रूप से बांधता है। परिणामस्वरूप, केवल यही तत्व चमकने लगता है। यह पूरक न्यूक्लियोटाइड युग्मों की अत्यधिक विशिष्ट अंतःक्रियाओं के कारण होता है एसाथ टीऔर जीसाथ साथ।एक गैर-पूरक जोड़ी की उपस्थिति, उदा. जी-जी, अंतःक्रिया को रोकता है और माइक्रोचिप तत्व को अंधेरा छोड़ देता है।
संकरण मापदंडों को निर्धारित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरण न केवल अंतिम परिणाम को रिकॉर्ड करना संभव बनाते हैं, बल्कि पूरक श्रृंखलाओं के जुड़ाव और पृथक्करण की गतिशीलता को भी रिकॉर्ड करना संभव बनाते हैं। ये प्रौद्योगिकियाँ, नमूनों के बहु-पैरामीटर विश्लेषण को सक्षम करके, बड़ी मात्रा में जानकारी प्रदान कर सकती हैं। संकरण के परिणाम डीएनए नमूने की लंबाई, लेबल किए गए लक्ष्य डीएनए की रासायनिक संरचना, जिस तापमान पर संकरण किया जाता है, संकरण मिश्रण की संरचना और फ्लोरोसेंट लेबल के प्रकार पर निर्भर करते हैं। यहां यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि डीएनए चिप्स मुख्य रूप से निष्क्रिय संकरण का उपयोग करते हैं, अर्थात। एक स्थिर नमूने के साथ लक्ष्य डीएनए की परस्पर क्रिया एक संभाव्य प्रक्रिया है और विभिन्न स्थितियों पर निर्भर करती है।
डीएनए चिप्स के अनुप्रयोग
स्थिति का आकलन करना और अध्ययन के तहत जीव के सभी जीनों की पहचान करना डीएनए चिप्स के डेवलपर्स के लिए निर्धारित सबसे महत्वपूर्ण कार्यों में से एक है। इस समस्या का समाधान एक जैविक चिप पर शरीर के सभी जीनों के स्थिरीकरण में महसूस किया जा सकता है, जो समग्र रूप से जीन और जीनोम की स्थिति का व्यापक मूल्यांकन करने की अनुमति देगा। बायोजेनेटिक डेटाबेस, जिसमें विभिन्न जीवों के जीन और जीनोम पर सभी जानकारी (व्यवस्थित) होती है, शोधकर्ताओं को डीएनए चिप्स के डिजाइन में भारी अवसर प्रदान करते हैं।
बायोचिप अनुसंधान के व्यापक उपयोग के मुख्य कारणों में उच्च संवेदनशीलता, विशिष्टता और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता, कार्यान्वयन प्रक्रिया की सादगी, कई मापदंडों के एक साथ विश्लेषण की संभावना और काम की अपेक्षाकृत कम लागत शामिल है। यही कारण हमें राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था के विभिन्न क्षेत्रों में बायोचिप्स को एक आशाजनक उपकरण मानने पर मजबूर करते हैं।
संक्षेप में, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि माइक्रोएरे दसियों से हजारों जीनों की एक साथ पहचान और उनके संरचनात्मक विश्लेषण के लिए एक प्रभावी दृष्टिकोण है, ताकि उनकी संरचना में विशिष्ट न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम और न्यूक्लियोटाइड विविधताओं की पहचान की जा सके। हालाँकि, जब जीन एक या कई प्रतियों की मात्रा में जीनोम में मौजूद होते हैं, जो लगातार नैदानिक अभ्यास में सामने आते हैं, तो उनके प्रारंभिक प्रवर्धन की आवश्यकता होती है। डीएनए प्रवर्धन की सबसे प्रभावी विधि पोलीमरेज़ श्रृंखला प्रतिक्रिया है, जिसके दौरान डीएनए अणुओं की संख्या में कई से लेकर लाखों या अधिक प्रतियों तक तेजी से वृद्धि होती है, और इस प्रकार के पीसीआर का मुख्य लाभ जैसे कि रियल टाइम भी अनुमति देता है अध्ययन के तहत मैट्रिक्स का मात्रात्मक मूल्यांकन। यह मौलिक और अभिन्न विज्ञान के विकास में समस्याओं को हल करने के साथ-साथ निदान विधियों की स्थितियों को अनुकूलित करने के लिए महत्वपूर्ण है।
तो, दो विधियाँ जो पहले से ही विज्ञान और अनुप्रयुक्त प्रौद्योगिकी के कुछ क्षेत्रों के लिए पारंपरिक हो गई हैं, उनके नुकसान के साथ, पूरी तरह से अद्वितीय फायदे हैं।
रीयलटाइम पीसीआर:
· मूल मैट्रिक्स की मात्रा का अनुमान लगाना संभव बनाता है;
· अतिरिक्त श्रम-गहन कार्य चरणों की आवश्यकता नहीं है;
· वैद्युतकणसंचलन चरण की अनुपस्थिति हमें संदूषण के जोखिम को कम करने की अनुमति देती है और इस प्रकार गलत सकारात्मक परिणामों की संख्या को कम करती है;
· विश्लेषण के गणितीय तरीकों का उपयोग प्राप्त परिणामों की स्वचालित व्याख्या की अनुमति देता है और इलेक्ट्रोफेरोग्राम के व्यक्तिपरक मूल्यांकन की समस्या को समाप्त करता है;
· पीसीआर प्रयोगशाला के संगठन और परिणामों के स्वचालित पंजीकरण और व्याख्या के लिए कम कठोर आवश्यकताएं प्रदान करता है;
· आपको समय बचाने की अनुमति देता है.
जैविक माइक्रोचिप्स:
· नमूना और विश्लेषक के लघुकरण की अनुमति दें;
· विश्लेषण का समय और लागत बचाता है;
· आपको परीक्षण नमूने के कई मापदंडों को एक साथ निर्धारित करने की अनुमति देता है;
· प्रवर्धन विधियों, विशिष्टता और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता की उच्च संवेदनशीलता है;
· कार्य प्रक्रिया की सरलता सुनिश्चित करता है.
यह संभव है कि पोलीमरेज़ श्रृंखला प्रतिक्रिया को माइक्रोचिप प्रारूप में परिवर्तित करके इन विधियों का संयोजन एक नई पीढ़ी की निदान प्रणाली बनाना संभव बना देगा, जो निम्नलिखित गुणों की विशेषता होगी: उच्च संवेदनशीलता और, मुख्य रूप से, निर्धारण के लिए विशिष्टता न्यूक्लिक एसिड की, विश्लेषण की कम लागत पर उच्च उत्पादकता, विश्लेषण के प्रत्येक चरण के भीतर जोड़-तोड़ की संख्या को सामान्य रूप से कम करना।
) — आनुवंशिक विश्लेषण के लिए एक निश्चित क्रम में ज्ञात अनुक्रम के टुकड़ों के साथ एक लघु प्लेट।
विवरण
डीएनए माइक्रोचिप इलेक्ट्रॉनिक माइक्रोसर्किट (चिप्स) के अनुरूप बनाया गया एक उपकरण है, जिसे एक साथ कई विशिष्ट डीएनए अनुक्रमों का पता लगाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। डीएनए माइक्रोएरे का उपयोग जीन अभिव्यक्ति का अध्ययन करने और बायोमेडिकल अनुसंधान में उत्परिवर्तन की खोज के लिए किया जाता है। माइक्रोचिप कांच, सिलिकॉन या प्लास्टिक से बनी होती है। डीएनए को कई क्रमित बिंदुओं के रूप में मशीन माइक्रोप्रिंटिंग और रासायनिक सिलाई का उपयोग करके इस पर लागू किया जाता है, जिनमें से प्रत्येक में एक अद्वितीय अनुक्रम वाले समान संख्या में संश्लेषित डीएनए टुकड़े होते हैं। जीनों के संकरण विश्लेषण के लिए अन्य तकनीकों में, पूरक डीएनए टुकड़ों को सूक्ष्म मोतियों से सिल दिया जाता है। आधुनिक डीएनए माइक्रोएरे एक साथ मनुष्यों में हजारों जीनों की अभिव्यक्ति को माप सकते हैं और लगभग दस लाख उत्परिवर्तन की पहचान कर सकते हैं। जीन अभिव्यक्ति का अध्ययन करने के लिए माइक्रोचिप का संचालन सिद्धांत इस प्रकार है। किसी दिए गए ऊतक में जीन का सक्रिय कार्य उसके मैट्रिक्स (एमआरएनए) के संचय में व्यक्त किया जाता है। सभी एमआरएनए एक ऊतक के नमूने से निकाले जाते हैं, और रिवर्स ट्रांसक्रिपटेस एंजाइम की मदद से, तथाकथित पूरक डीएनए (सीडीएनए) को संश्लेषित किया जाता है, जो एमआरएनए की तुलना में बहुत अधिक स्थिर और काम करने में आसान है। सीडीएनए के परिणामी सेट को फ्लोरोसेंट या रेडियोआइसोटोप लेबल का उपयोग करके लेबल किया जाता है।
एक नमूने में व्यक्तिगत सीडीएनए की सामग्री उनके एमआरएनए टेम्पलेट्स की सामग्री के सीधे आनुपातिक है और, परिणामस्वरूप, संबंधित जीन की गतिविधि का स्तर। सीडीएनए मिश्रण को एक माइक्रोचिप पर लगाया जाता है, जिसके प्रत्येक बिंदु पर किसी एक जीन के कोडिंग अनुक्रम के अनुरूप डीएनए टुकड़े सिल दिए जाते हैं। सीडीएनए "अपने" बिंदु ढूंढते हैं और पूरकता के सिद्धांत के अनुसार उन्हें बांधते हैं (संकरण करते हैं)। किसी दी गई प्रजाति का जितना अधिक सीडीएनए समाधान में होता है, उतना ही अधिक वह अपने बिंदु से जुड़ा होता है। एक विशेष स्कैनिंग उपकरण माइक्रोचिप पर प्रत्येक बिंदु पर सीडीएनए सामग्री निर्धारित करता है, और प्रोग्राम इसे उस बिंदु द्वारा दर्शाए गए जीन के नाम के साथ सहसंबंधित करता है। डीएनए माइक्रोएरे अध्ययन का परिणाम बिंदुओं का एक मैट्रिक्स है, जिसकी तीव्रता संबंधित जीन की गतिविधि के सीधे आनुपातिक है।
रेखांकन
लेखक
- नारोडित्स्की बोरिस सेवेलिविच
- शिरिंस्की व्लादिमीर पावलोविच
- नेस्टरेंको ल्यूडमिला निकोलायेवना
सूत्रों का कहना है
- डीएनए चिप प्रौद्योगिकी / विज्ञान शिक्षा और आउटरीच कार्यालय: अनुसंधान तकनीक तथ्य पत्रक यूआरएल: http://www.genome.gov/DIR/VIP/Learning_Tools/Fact_Sheets/dna_chip.html (10/12/2009 को एक्सेस किया गया)
- के वाई., स्टुअर्ट एल., युंग सी., यान एल., हाओ वाई. लेबल-मुक्त आरएनए संकरण परख के लिए स्व-इकट्ठे पानी में घुलनशील न्यूक्लिक एसिड जांच टाइलें।// विज्ञान - संख्या 5860 (319), 2008 - पी.180-183
कैलिफोर्निया की युवा कंपनी एफिमेट्रिक्स (1993 में अपना काम शुरू किया) आनुवंशिक अनुसंधान के लिए उपकरणों में बाजार के नेताओं में से एक है।
कंपनी को सेमीकंडक्टर के क्रांतिकारी संयोजन, यानी "चिप" उद्योग प्रौद्योगिकियों और जैव रासायनिक परीक्षण के लिए जाना जाता है।
एफिमेट्रिक्स के डीएनए चिप्स का व्यापक रूप से आनुवंशिक विश्लेषण और आनुवंशिक इंजीनियरिंग में शामिल विभिन्न प्रयोगशालाओं में उपयोग किया जाता है।
लेकिन आम लोगों की दिलचस्पी कंपनी के दूसरे प्रोडक्ट में ज्यादा है. यह एक माइक्रोसर्किट के समान एक उपकरण है जो आपको मानव भोजन के नमूने में विभिन्न जानवरों के दर्जनों डीएनए की पहचान करने की अनुमति देता है।
बायोमेरीक्स फ़ूडएक्सपर्ट-आईडी व्यावहारिक रूप से तथाकथित जीनचिप का एक रूप है।
यह उपकरण भोजन में स्तनधारियों की 12 प्रजातियों, मुर्गी की 5 प्रजातियों और मछलियों की 16 प्रजातियों के जैव-अवशेषों की पहचान कर सकता है।
इस तरह, यह आपको यह पता लगाने की अनुमति देता है कि क्या हंस का टुकड़ा, जो खरीदार के बीच संदेह पैदा करता है, वास्तव में हंस का जिगर है और कुछ और नहीं।
एक डीएनए चिप कंप्यूटर जैसी प्रौद्योगिकियों का उपयोग करके बनाई गई है, लेकिन यह एक इलेक्ट्रिकल नहीं है, बल्कि एक बायो ऑब्जेक्ट है (वेबसाइट affymetrix.com से चित्रण)।
और, उदाहरण के लिए, मुसलमान जांच कर सकते हैं कि लापरवाह निर्माताओं ने "बीफ़" कटलेट में सूअर का मांस डाला है या नहीं।
हालाँकि, यह सब केवल अतिरिक्त प्रयोगशाला क्षमताओं की भागीदारी के साथ काम करता है, इसलिए एक सामान्य उपभोक्ता घुटने पर चिप को "नग्न" रूप में उपयोग करने में सक्षम नहीं होगा।
यह समझने के लिए कि फ़ूडएक्सपर्ट-आईडी कैसे काम करती है, आपको आनुवांशिकी को थोड़ा याद रखना होगा: डीएनए के दोहरे हेलिकॉप्टर, उनके घटक अणु - एडेनिन, गुआनिन, थाइमिन और साइटोसिन, और तथ्य यह है कि वे केवल जोड़े में ही जुड़े हो सकते हैं, जैसे चाबियाँ और ताले.
डीएनए चिप में डीएनए कोड के असंख्य "आधे" टुकड़े होते हैं।
प्रमुख अणुओं के साथ चिप सतह का एक टुकड़ा (affymetrix.com वेबसाइट से चित्रण)।
चिप की सतह, एक नाखून के आकार, को 97 हजार वर्गों में विभाजित किया गया है जिन्हें "फीचर्स" कहा जाता है।
लगभग 26 माइक्रोन के किसी भी "फ़ीचर" में केवल एक डीएनए कोड होता है। अधिक सटीक रूप से, अनेक, अनेक समान अणु।
और वे सभी निश्चित रूप से 33 जानवरों में से एक से संबंधित हैं।
प्रत्येक टुकड़े की लंबाई 17 आधार है. यह विश्वसनीय पहचान के लिए पर्याप्त है, जैसे कहीं भी क्रम से लिए गए 17 नोट मौजूदा डेटाबेस से किसी भी राग को खोजने के लिए पर्याप्त हैं।
प्रयोगकर्ताओं ने खाद्य मानक से डीएनए के टूटे हुए टुकड़ों के पूरे प्रकीर्णन को अलग कर दिया। वहां क्या नहीं है? और क्या?
आनुवंशिक कोड के "गलत" टुकड़ों को धो दिया जाता है, और मिलते-जुलते टुकड़ों को चिप पर लगा दिया जाता है। लाल रंग की गेंदें फ्लोरोसेंट अणु हैं (वेबसाइट affymetrix.com से चित्रण)।
आइए आनुवंशिक कोड बनाने वाले अणुओं में एक फ्लोरोसेंट पदार्थ के अणु जोड़ें। आइए इस मिश्रण को FoodExpert-ID सतह पर लगाएं। करने को बहुत कम बचा है.
कोड के सभी मेल खाने वाले टुकड़ों को उनके "मूल" अनुक्रमों के साथ एक या दूसरे "फ़ीचर" में जोड़ा जाएगा।
अब चिप को पानी से धोया जा सकता है - सारी अतिरिक्तता दूर हो जाएगी। चिप को लेजर बीम के नीचे रखा गया है, और कैप्चर की गई सामग्री वाले वर्ग चमकते रहेंगे। जो कुछ बचा है वह यह पता लगाने के लिए चिप मानचित्र की जांच करना है कि किस डीएनए की पहचान की गई है।
और चमक की तीव्रता के आधार पर, हम अपने काल्पनिक कटलेट में सूअर और गोमांस के अनुपात के बारे में अप्रत्यक्ष निष्कर्ष निकाल सकते हैं।
जैसा कि हम देखते हैं, चिप का कार्यान्वयन अपेक्षाकृत आसान है, और प्रयोगशालाओं को आनुवंशिक विश्लेषण करने के लिए उपकरणों के एक बहुत ही सामान्य सेट की अनुमति देता है।
लेकिन चिप का निर्माण कितना सरल है। ऐसी जैव रासायनिक उत्कृष्ट कृतियों को स्वचालित रूप से और बड़े पैमाने पर बनाने के लिए, एफिमेट्रिक्स ने फोटोलिथोग्राफी और कॉम्बिनेटरियल रसायन विज्ञान के सिद्धांतों को संयोजित किया।
रंगीन वर्ग एक या दूसरे डीएनए कोड (वेबसाइट affymetrix.com से चित्रण) की पहचान करने के लिए जिम्मेदार "विशेषताएं" हैं।
प्रारंभिक उत्पाद - एक क्वार्ट्ज प्लेट - एक विशेष अभिकर्मक, सिलेन के साथ लेपित होता है, जो क्वार्ट्ज से कसकर बांधता है और एक सख्ती से आवधिक आणविक मैट्रिक्स (समान सतह घनत्व के साथ) बनाता है, जो न्यूक्लियोटाइड स्वीकार करने के लिए तैयार होता है।
भविष्य के कोड की श्रृंखलाओं में, आधार लंबवत ऊपर की ओर जाते हैं, और वे परत दर परत एक ही बार में पूरी सतह पर लागू हो जाते हैं।
जाहिर है, हर बार चिप को एक निश्चित पदार्थ की आपूर्ति की जाती है, और ताकि यह विशेष रूप से कुछ "विशेषताओं" में तय हो, उन माइक्रोन वर्गों, मास्क का उपयोग किया जाता है, जो कि माइक्रोसर्किट के उत्पादन के लिए आवश्यक होते हैं।
भारी वृद्धि के साथ प्रतिक्रियाशील चिप का एक शॉट। बर्फ़-सफ़ेद, लाल, पीले वर्ग फ्लोरोसेंट पदार्थ की उच्चतम सांद्रता वाले क्षेत्र हैं। हरा, नीला, काला - क्रमशः, अधिक और अधिक निम्न के साथ (वेबसाइट affymetrix.com से चित्रण)।
हर बार, केवल वे आधार जो पराबैंगनी प्रकाश के साथ मास्क में छेद के माध्यम से प्रकाशित होते हैं, चिप के आधार से चिपक जाते हैं।
वैकल्पिक संश्लेषण की इस प्रक्रिया में, मुख्य बात यह है कि हर बार माइक्रोन परिशुद्धता के साथ नवीनतम मास्क लागू करें, अन्यथा प्लेट पर सभी आनुवंशिक कोड मिश्रित हो जाएंगे।
तो, चरण दर चरण (खाद्य चिप में उनमें से 17 हैं, कंपनी के अन्य मॉडलों में 24 तक), न्यूक्लियोटाइड श्रृंखलाओं के ऊर्ध्वाधर स्तंभ बनते हैं, जो जीन विश्लेषक कुंजी बनाते हैं।
यह विकास, निश्चित रूप से, न केवल ऐसे मज़ेदार (पहली नज़र में, शायद) कार्यान्वयन के क्षेत्रों के लिए कार्य करता है जैसे कि हंस के मांस में सुअर के मांस की पहचान करना, बल्कि पूरी तरह से गंभीर शोध के लिए भी।
आख़िरकार, चिप की सतह पर, सैद्धांतिक स्तर पर, किसी भी आनुवंशिक कोड के टुकड़े लागू किए जा सकते हैं।
एफिमेट्रिक्स का काम इस बात का प्रचुर प्रमाण है कि सबसे उल्लेखनीय और आशाजनक खोजें विज्ञान और विषयों के चौराहे पर होती हैं।
प्रकृति में जैव-प्रचुरता के समान, जो जीनों के मिश्रण से प्राप्त होती है। क्या यह नहीं?
विशिष्ट क्रम. ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड एक जीन या अन्य डीएनए घटक का एक छोटा खंड हो सकता है जिसका उपयोग सीडीएनए या एमआरएनए में संकरण करने के लिए किया जाता है। जांच-लक्ष्य संकरण का पता लगाया जाता है और प्रतिदीप्ति या केमिलुमिनसेंस का उपयोग करके मात्रा निर्धारित की जाती है, जिससे किसी नमूने में दिए गए अनुक्रम के न्यूक्लिक एसिड की सापेक्ष मात्रा निर्धारित की जा सकती है।
एक पारंपरिक डीएनए माइक्रोएरे में, जांच सहसंयोजक रूप से एक ठोस सतह - एक ग्लास या सिलिकॉन चिप से जुड़ी होती है। अन्य प्लेटफ़ॉर्म, जैसे कि इलुमिना द्वारा निर्मित, बड़ी ठोस सतहों के बजाय सूक्ष्म मोतियों का उपयोग करते हैं। डीएनए माइक्रोएरे अन्य माइक्रोएरे से केवल इस मायने में भिन्न होते हैं कि उनका उपयोग डीएनए को मापने के लिए या अधिक जटिल डीएनए पहचान और विश्लेषण प्रणाली के हिस्से के रूप में किया जाता है।
डीएनए माइक्रोएरे का उपयोग जीन अभिव्यक्ति में परिवर्तन का विश्लेषण करने, एकल न्यूक्लियोटाइड बहुरूपताओं की पहचान करने, जीनोटाइपिंग या उत्परिवर्ती जीनोम को पुन: अनुक्रमित करने के लिए किया जाता है। माइक्रोचिप्स डिज़ाइन, संचालन सुविधाओं, सटीकता, दक्षता और लागत में भिन्न होते हैं।
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विकिमीडिया फ़ाउंडेशन. 2010.
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