დნმ-მიკროჩიპები და დაავადებათა დიაგნოსტიკა
ადამიანს 46 ქრომოსომა აქვს. ნახევარი, 23 ქრომოსომა, დედისეულია, ნახევარი კი მამისეული. სხვაგვარად რომ ვთქვათ, ყოველი ადამიანი ნუკლეოტიდურ ენაზე დაწერილი წიგნის 23 ტომს - ვინაიდან თითოეული ტომი თითო ქრომოსომას შეესაბამება - მამისგან იღებს მემკვიდრეობით, ხოლო 23-ს - დედისაგან. მუტაცია, რომელიც ნამგლისებრუჯრედოვან ანემიას იწვევს, ეკვივალენტურია შეცდომისა, რომელიც ნუკლეოტიდური წიგნის ბეჭდვის დროს მოხდა მხოლოდ ერთი ნუკლეოტიდის არასწორად დაბეჭდვის გამო, თანაც წიგნის ერთსა და იმავე გვერდზე და ორივე - დედისეულ და მამისეულ - ეგზემპლარში, ალფა თალასემიის დროს კი ჰემოგლობინის ალფა ჯაჭვში გენთა ნაწილის დაკარგვა ანუ დელეცია ფარდია ამ წიგნებში თითო ან ორ-ორი გვერდის დაკარგვისა. ცხადია, ამ უზარმაზარი ინფორმაციის შესწავლა თანამედროვე ბიოტექნოლოგიების გარეშე ვერ მოხერხდებოდა. ადამიანის გენომის პროექტის მონაცემებზე დაყრდნობით მოლეკულურ-გენეტიკური ტექნოლოგიების საშუალებით შეიქმნა ე.წ. ბიოლოგიური ჩიპები. ეს მოვლენა ბიოტექნოლოგიური რევოლუციის ნაწილია და ის შეგვიძლია დავაყენოთ გასული საუკუნის 50-იან წლებში დნმ-ს სტრუქტურის გაშიფვრის, ხოლო შემდგომ გენეტიკური კოდის დადგენის გვერდით.
რა არის ბიოჩიპი?
თანამედროვე ბიოჩიპი არის მყარი საფუძველი, პლატფორმა, რომლის ზედაპირზეც, მჭიდროდ, გარკვეული თანამიმდევრობით დაყოლებულ ფოსოებში, სპეციალური ნივთიერება - რეაგენტი თავსდება. პლატფორმა შეიძლება იყოს მინის, პლასტიკის, ნეილონის. მისი ფართობი 0,1-დან 10 კვადრატულ სანტიმეტრამდეა. ფოსოების რაოდენობა კი რამდენიმე ათეულიდან რამდენიმე ათასამდე და შესაძლოა მილიონამდეც კი აღწევდეს. რეაგენტი შეიძლება იყოს დნმ-ს ფრაგმენტები, ანტიგენები, ფერმენტები და სხვა. არსებობს სხვადასხვაგვარი ბიოჩიპი, რომლებსაც ბიოლოგიური თუ სამედიცინო კვლევის დროს სხვადასხვა მიზნით იყენებენ:
1. დნმ-ჩიპები - დნმ-ს გრძელი მონაკვეთების ანუ 1000 ნუკლეოტიდამდე სიგრძის მონაკვეთების ანალიზისთვის;
2. დნმ-ს ოლიგონუკლეოტიდური ჩიპები - პლატფორმის ფოსოებში დნმ-ს შედარებით მცირე - 10-70 ნუკლეოტიდის ზომის ფრაგმენტებია მოთავსებული, რომლებიც, წესისამებრ, ერთი და იმავე გენს ეკუთვნის. ამ ტიპისაა თანამედროვე ბიოჩიპების 90%;
3. ცილის ბიოჩიპები - ფოსოებში მოთავსებულია ფერმენტები, ანტისხეულები, ანტიგენები და ა.შ. მსოფლიოში წარმოებული ჩიპების 7-10% ასეთია;
4. უჯრედული ჩიპები. ამ ჩიპთა ფოსოები ამოვსებულია უჯრედებით. იყენებენ უჯრედებზე ანტიბიოტიკთა და ქსენობიოტიკთა ზემოქმედების გამოსაკვლევად;
5. ქსოვილოვანი ჩიპები. ამ ჩიპების ფოსოებში ქსოვილთა ნიმუშებია. იყენებენ ჯანმრთელ და პათოლოგიურად შეცვლილ ქსოვილებში ცილათა შემცველობის შესასწავლად და ქსოვილებზე სამკურნალო პრეპარატების მოქმედების შესაფასებლად;
6. მოლეკულათა მიკროჩიპები - ათასობით პოტენციური სამკურნალო პრეპარატიდან ყველაზე ეფექტურის სკრინინგისთვის.
მიუხედავად ასეთი მრავალფეროვნებისა, ამ ბიოჩიპებს მუშაობის საერთო პრინციპი აქვს. გამოსაკვლევი მასალა ბიოჩიპში მოთავსებამდე მოინიშნება სხვადასხვა მარკერით, უმეტესად - ფლუორესცენტული საღებავით. მასალის ბიოჩიპში მოთავსების შემდეგ ამ მასალის მოლეკულები უკავშირდება ჩიპში მოთავსებულ რეაგენტს. თუ დნმ-ს ანალიზს ვაკეთებთ, მაშინ უნდა გამოვიყენოთ დნმ-ჩიპი, სადაც რეაგენტად დნმ-ს მოლეკულებია გამოყენებული, ანტიგენის კვლევისას - ჩიპია, სადაც რეაგენტად ანტისხეულებია, ხოლო სუბსტრატის კვლევისას ფერმენტებიანი ჩიპი დაგვჭირდება. საკვლევი მასალისა და რეაგენტის დაკავშირების შემდეგ მიკროჩიპის ზედაპირი სკანირდება და ფიქსირდება ფლუორესცენტული სიგნალი. ყველაზე გავრცელებული ჩიპები დნმ-ჩიპებია. მათ იყენებენ გენთა ექსპრესიის შესასწავლად (უმეტესად - სწორედ ამ მიზნით) და გენთა მუტაციის გამოსავლენად.
გენთა ექსპრესია - ეს არის პროცესი, რომლის მსვლელობის დროს გენში მოთავსებული ანუ დნმ-ში ჩაწერილი ინფორმაცია გარდაიქმნება გენის ფუნქციურ პროდუქტად - ცილად. ადამიანის ორგანიზმის სხვადასხვა უჯრედში გენები სხვადასხვანაირად ექსპრესირდება. ზოგ უჯრედში ჩვენთვის საინტერესო გენი შეიძლება საერთოდ არ ექსპრესირდებოდეს, ზოგში კი ექსპრესირდებოდეს მუდმივად. გენთა ექსპრესიის ნორმალურ პროცესში ცვლილებები ამ გენში სხვდასხვა მუტაციის არსებობაზე მიანიშნებს. გენთა ექსპრესიის შესასწავლად დნმ-ჩიპები პირველად 1987 წელს გამოიყენეს. შეისწავლიდნენ გენთა ექსპრესიის რეგულაციას ინტერფერონის გამოყენებით. დნმ-ჩიპების საშუალებით შესაძლებელია ყველა გენის ექსპრესიის მონიტორინგის ჩატარება, ასევე - მთელ გენომში ნებისმიერი ერთი გენის მუტაციისა და რამდენიმე გენის მუტაციის ერთდროულად დადგენა. თანამედროვე დნმ-ჩიპებს შესწევთ უნარი, გამოავლინონ მილიონამდე მუტაცია. ადამიანის ყველა გენში ყველა შესაძლო მუტაციის დასადგენად საკმარისია დნმ-ჩიპი, რომელსაც აქვს 100-200 მილიონი ფოსო. ეს დღეს ტექნიკურად სავსებით შესაძლებელია. დნმ-მიკროჩიპების საშუალებით შესაძლებელია არა მარტო ისეთი მუტაციების დადგენა, რომლებმაც თანდაყოლილი მემკვიდრეობითი დაავადებები გამოიწვიეს, არამედ იმ მუტაციებისაც, რომლებიც „ჩუმად“ არიან და ადამიანმა შეიძლება არც კი იცოდეს, რომ ასეთი მუტაციის მატარებელია. ექსპრესირებადი დნმ-ს ჩიპები გამოყენებულ იქნა თითქმის ყველა სახის სიმსივნის ტიპების დასადგენად. გენთა მოლეკულური ექსპრესიის საფუძველზე შესაძლებელი გახდა სიმსივნეთა კლასიფიცირება და დადგინდა მათი სადიაგნოსტიკო და პროგნოზირების საშუალებები. ადამიანის სიმსივნეთა დნმ-ჩიპი, რომელიც გერმანიაშია დამზადებული, 1853 გენისგან შედგება. ეს ის გენებია, რომლებიც ყველაზე გავრცელებულ სიმსივნეებს: მელანომას, ნეირობლასტომას, ლეიკოზს, ლიმფომას, სარკომას, კუჭქვეშა ჯირკვლის, ფილტვის, შარდის ბუშტის, ღვიძლის, საყლაპავის, ცხვირ-ხახის, საკვერცხისა და სხვა ორგანოთა სიმსივნეებს - იწვევს. ამასთანავე, ჩიპი შეიცავს გენებს, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან უჯრედული ციკლის, უჯრედული ადჰეზიის, ანგიოგენეზის, იმუნურ პროცესებზე. გენთა ექსპრესიის დნმ-ჩიპის გამოყენებით შესაძლებელია სარძევე ჯირკვლის კიბოს დიფერენციალური დიაგნოსტიკაც. სხვადასხვა ადამიანის გენომები ერთმანეთისგან ნუკლეოტიდთა მხოლოდ 0,1%-ით განსხვავდება. ეს განსხვავება ანუ პოლიმორფიზმი ეხება ე.წ. შNთ უბნებს. ასეთ პოლიმორფიზმს ერთნუკლეოტიდურ პოლიმორფიზმსაც უწოდებენ. ეს არის ორ ადამიანს შორის დნმ-ს მოლეკულებში ნუკლეოტიდთა თანამიმდევრობის ერთი ნუკლეოტიდით ცდომა. ეს ცვლილებები წერტილოვანი მუტაციების შედეგად წარმოიშობა. შNთ უბნების პოლიმორფიზმს მოლეკულურ გენეტიკურ მარკერებად იყენებენ, რადგან მათთან არის დაკავშირებული ბრონქული ასთმის, ჭარბი წონის, დიაბეტის, აუტოიმუნურ, სიმსივნურ და სხვა დაავადებათა აღმოცენების რისკი. მაგალითად კარდიო-დნმ-ჩიპის საშუალებით შესაძლებელია 7 გენის 8 ნუკლეოტიდური პოლიმორფიზმის შესწავლა და არტერიული ჰიპერტენზიისა და გულ-სისხლძარღვთა სხვა დაავადებების განვითარების ალბათობის დადგენა. ამერიკის, აფრიკისა და აზიის მოსახლეობაში შეისწავლეს მილიონ ხუთასი ათასი ერთნუკლეოტიდური პოლიმორფიზმი და დაადგინეს, რომ გარდა გენთა ერთნუკლეოტიდური საერთო პოლიმორფიზმისა, რომლის რაოდენობაც მილიონ ორასი ათასის ფარგლებში მერყეობს, ყოველი პოპულაციისთვის დამახასიათებელია გენთა უნიკალური პოლიმორფიზმიც. ეს მიგვახვედრებს, რატომ გვხვდება სხვადასხვა პოპულაციაში ესა თუ ის დაავადება უფრო ხშირად ან უფრო იშვიათად. ბიოჩიპებით შესაძლებელია ინფექციურ დაავადებათა დიაგნოსტიკაც. მათ შეუძლიათ გამოავლინონ ყველა ვირუსი, მათ შორის - მენინგიტის გამომწვევი 14 ვირუსი, ათეულობით ბაქტერია და სოკო. კალიფორნიის უნივერსიტეტში შემუშავებულია ბიოჩიპი, რომელიც შარდის გამომყოფი სისტემის ბაქტერიული ინფექციის ზუსტი დიაგნოსტიკის საშუალებას იძლევა. საჭიროა მხოლოდ ერთი წვეთი შარდი და 45 წუთი ლოდინი. პასუხის სიზუსტე 98%-ის ტოლია. ბიოჩიპების საშუალებით გამოავლინეს ტუბერკულოზის მიკობაქტერიის ის გენი, რომელიც უზრუნველყოფდა ანტიბიოტიკ რიფამპიცინის მიმართ ამ ბაქტერიის მედეგობას. სინგაპურის გენომის ინსტიტუტში კი შეიმუშავეს ბიოჩიპი, რომელიც ერთდროულად აწარმოებს გრიპის, დენგეს ციებ-ცხელებისა და ატიპური პნევმონიის დიაგნოსტიკას. ბიოჩიპთა მოქმედების პრინციპი ძალზე მარტივია, მათი წარმოების სირთულეები მხოლოდ ტექნოლოგიურ და ეკონომიკურ ასპექტებს ეხება. მომავალში ბიოჩიპები ალბათ შეცვლიან ძვირად ღირებული აპარატურითა და რეაქტივებით აღჭურვილ დიდ ლაბორატორიებს, გაიზრდება სადიაგნოზო მეთოდის სიზუსტე, ეფექტურობა და შემცირდება ანალიზთა თვითღირებულებაც.