Биочипы – новые возможности селекции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Биочипы - новые возможности селекции

Докладчик:

Крыцына Т.И.

Научный руководитель:

Себежко О.И.

В конце 80-х годов прошлого века в Институте молекулярной биологии (ИМБ) РАН им. В.А. Энгельгардта коллектив под руководством академика Андрея Мирзабекова разработал технологию биочипов.

Биочип иначе биологический микрочип (англ. biochip) - микромножество либо матрица с нанесенными молекулами белков, нуклеиновых кислот, биомакромолекул или биоструктур для одновременного проведения большого числа анализов в одном образце.

Выделяют следующие виды:

ДНК-чипы: характеризуются тем, что на подложку наносятся длинные фрагменты генов (длина до 1000 нуклеотидов).

Среди ДНК-чипов отдельно выделяют Олигонуклеотидные чипы: на подложку которых наносятся короткие фрагменты ДНК (10-70 нуклеотидных оснований), обычно принадлежащие к одному и тому же гену.

Более 90% производимых в настоящее время биочипов.

Белковые чипы: на подложку наносятся ферменты, антитела, антигены и др. биочип днк геномный селекция

Белковые чипы составляют 7-10% мирового производства биочипов.

На оставшиеся 3 % приходятся клеточные, тканевые и микрочипы на основе малых молекул.

На платформу клеточных чипов наносятся клетки для параллельного определения, например, ряда антибиотиков и ксенобиотиков.

На платформу тканевых чипов наносятся образцы тканей с целью определения содержания белков в здоровых и патологически измененных тканях, а так же для оценки потенциальных мишеней для лекарственных препаратов.

Микрочипы на основе малых молекул используются для проведения одновременного скрининга тысяч потенциальных лекарственных средств.

В основе биочипов лежит метод гибридизационного анализа:

* Исследуемый с помощью биочипов биологический материал помечают различными метками (чаще флуоресцентные красители).

* После их нанесения на биочип, молекулы исследуемого образца соединяются со своей "комплементарной парой" (микрозондом), помещенной в одну из нескольких тысяч ячеек на чипе: нити ДНК соединяются со своей комплементарной парой, антиген со своим антителом, субстрат со своим ферментом и т.п.

* Следующий шаг - промывка, чтобы удалить лишние не связавшиеся ни с чем биологические молекулы.

* Затем производят их анализ.

В возможности ДНК-чипов входит:

- Анализ уровней экспрессии генов

- Сравнительный гибридизационный генетический анализ

- Выявление мутаций и участков (сайтов) полиморфизма (например определениеие однонуклеотидных полиморфизмов в ДНК).

Благодаря появлению ДНК-чипов появилась возможность производить анализ мутаций во всех генах генома одновременно. Для анализа всех возможных мутаций во всех генах человека достаточно ДНК-чипа с количеством ячеек равным 100-200 млн., что технически достижимо. Современные ДНК-микрочипы могут выявить около миллиона мутаций.

С помощью ДНК-микрочипов можно выявить не только врождённые наследственные заболевания, а также множество генных мутаций, которые могут привести к развитию серьезных заболеваний в постнатальном периоде у ребенка, а также прижизненные мутации в генетическом коде.

Применение ДНК-чипов в зоотехнии

Компания Affymetrix (аффиметрикс) создала и запустила в продажу биочип, позволяющий идентифицировать присутствие в пище следовых количеств мяса от 12 видов млекопитающих, 5 видов домашней птицы и 16 видов рыб.

Среди разработок этой компании имеется биочип, позволяющий выявлять мононуклеотидный полиморфизм (Single Nucleotide Polymorphism - SNP) по 20 тысячам сайтам в различных участках геномов молочных и мясных пород крупного рогатого скота.

В этом же направлении успешно работает, например, и компания Bovigen (Бовиген), которая создала биочипы для выявления генов, ассоциированных с качественными характеристиками мяса крупного рогатого скота, а также биочипы для контроля происхождения животных.

В настоящее время ДНК-чипы используются для генотипирования около 50 тысяч мононуклеотидных замен (Single Nucleotide Polymorphism - SNP) для выявления геномных участков, генотипы по SNP которых ассоциированы с желательным проявлением характеристик продуктивности.

В 2009 году был расшифрован геном свиньи. Разработан SNP чип (вариант ДНК-микрочипа), содержащий 60 000 генетических маркеров генома.

Образец ДНК свиньи можно тестировать на наличие или отсутствие практически всех важных точечных мутаций, определяющих продуктивные признаки. Таким образом, отбор лучших животных может быть основан на генетических маркерах без измерения фенотипических показателей.

Эти достижения привели к внедрению новой технологии - геномной селекции. Геномная селекция - это тестирование генома сразу по большому количеству маркеров, покрывающих весь геном, так что локусы количественных признаков (QTL) находятся в неравновесном сцеплении хотя бы с одним маркером.

В геномной селекции сканирование генома происходит с использованием чипов (матриц) с 50-60 тысячами SNP (которые маркируют основные гены количественных признаков) для выявления однонуклеотидных полиморфизмов вдоль генома животного, определения генотипов с желательным проявлением совокупности продуктивных признаков и оценки племенной ценности животного.

С 2009 года крупнейшие компании США (Cooperative Resources International), Нидерланд, Германии, Австралии начали внедрять геномную селекцию в программы разведения КРС. Быки разных пород были генотипированы по более 50 000 SNP.

Генетическая компания Hypor (Хипор) начала использовать геномную селекцию с 2010, действуя в тесном сотрудничестве с Центром научных исследований и новых технологий группы Hendrix Genetics (Хендрикс Дженетикс). Hendrix Genetics тестирует более 60 000 SNP маркеров и использует эту информацию для исследования ДНК.

Например, такой порок свиней как стресс-чувствительность трудно поддается диагностике и проявляется в повышенной смертности поросят под воздействием стресса (перевозки и др.) и ухудшении качества мяса. ДНК-тестирование с использованием маркеров генов дает возможность выявить всех носителей этого порока, в том числе скрытых, и с учетом этого проводить селекцию.

Для оценки показателей продуктивности, трудно поддающихся прогнозу статистическими методами для более достоверной их оценки необходим анализ потомства, то есть необходимо дождаться приплода и проанализировать его племенною ценность. А использование ДНК-маркеров дает возможность проанализировать генотип сразу при рождении, не дожидаясь проявления признака или появления потомства, что значительно ускоряет селекцию.

В заключении хочу добавить, что принцип действия биочипов весьма прост. И трудности их построения - чисто технологические и экономические. В ближайшем будущем возможно биочипы заменят целые диагностические лаборатории с их многочисленным штатом и громоздким дорогостоящим оборудованием, при этом увеличив производительность в десятки раз и резко снизив себестоимость анализов.

Размещено на Allbest.ru