Microarray چیست؟
Microarray یا ریزآرایه DNA یکی از فناوریهای مهم زیستشناسی مولکولی است که امکان بررسی همزمان هزاران تا میلیونها توالی DNA یا RNA را روی یک تراشه کوچک فراهم میکند. این فناوری در مطالعات بیان ژن، بررسی پلیمورفیسمهای تکنوکلئوتیدی (SNP)، تشخیص تغییرات تعداد کپی (CNV)، سیتوژنتیک مولکولی (Array CGH)، فارماکوژنومیکس و تحقیقات سرطان کاربرد گستردهای دارد. اگرچه در سالهای اخیر بسیاری از کاربردهای آن توسط NGS تکمیل یا جایگزین شدهاند، اما Microarray همچنان در بسیاری از آزمایشگاههای ژنتیک، بهویژه برای Array CGH و SNP Array، یکی از روشهای استاندارد محسوب میشود.
Microarray چیست؟
نحوه عملکرد، انواع، کاربردها و تفاوت Microarray با NGS و کاریوتایپ
- Microarray هزاران ژن یا توالی DNA را بهصورت همزمان بررسی میکند.
- این فناوری بر پایه هیبریداسیون اسیدهای نوکلئیک عمل میکند.
- در بررسی بیان ژن، CNV و SNP کاربرد دارد.
- در ژنتیک بالینی، سرطان، فارماکوژنومیکس و تحقیقات زیستی استفاده میشود.
- برخلاف NGS، توالی DNA را مستقیماً تعیین نمیکند.
Microarray چیست؟
Microarray فناوریای است که در آن هزاران پروب با توالیهای مشخص روی یک تراشه شیشهای یا سیلیکونی تثبیت شدهاند. نمونه DNA یا RNA پس از استخراج و نشاندار شدن با رنگ فلورسنت روی تراشه قرار میگیرد.
اگر توالی موجود در نمونه مکمل پروب باشد، به آن متصل میشود. پس از شستوشوی تراشه، شدت فلورسانس هر نقطه توسط اسکنر اندازهگیری شده و نرمافزار نتایج را تحلیل میکند.
به همین دلیل، Microarray یک روش هیبریداسیون مبتنی بر پروب است و نه یک روش تعیین توالی.
Microarray چگونه کار میکند؟
اساس عملکرد این فناوری بر هیبریداسیون مکمل DNA یا RNA است. نمونه پس از استخراج و نشاندار شدن روی تراشه قرار میگیرد، پروبهای متصلنشده شسته میشوند و اسکنر، شدت فلورسانس هر نقطه را اندازهگیری میکند.
اجزای اصلی سیستم Microarray
انواع Microarray
- اندازهگیری بیان هزاران ژن
- مقایسه بافت سالم و بیمار
- بررسی پاسخ به دارو
- مطالعه مسیرهای سلولی
- بررسی SNPها
- مطالعات GWAS
- فارماکوژنومیکس
- بررسی LOH و UPD
- بررسی CNV
- Microdeletion و Microduplication
- Aneuploidy
- اختلالات تکاملی و اوتیسم
- مطالعات اپیژنتیک
- سرطان
- بیماریهای ژنتیکی
- طبقهبندی برخی تومورهای مغزی
مراحل انجام Microarray
کاربردهای Microarray
- تأخیر تکاملی
- ناتوانی ذهنی
- ناهنجاریهای مادرزادی
- اختلال طیف اوتیسم
- بررسی بیان ژن
- طبقهبندی تومورها
- پیشآگهی
- بررسی تغییرات ژنومی
- بررسی ارتباط ژنتیک با پاسخ دارویی
- کمک به انتخاب درمان مناسب
- بیان ژن
- مسیرهای سلولی
- ایمونولوژی
- سلولهای بنیادی
- استفاده از اطلاعات ژنتیکی بیمار
- کمک به انتخاب درمان مناسب
تفاوت Microarray و NGS
| ویژگی | Microarray | NGS |
|---|---|---|
| اصل فناوری | هیبریداسیون | تعیین توالی |
| کشف جهش جدید | ندارد | دارد |
| بررسی CNV | بسیار مناسب | مناسب |
| بررسی بیان ژن | دارد | دارد، با RNA-Seq |
| بررسی SNP | دارد | دارد |
| نیاز به اطلاعات قبلی | بله | خیر |
| حجم داده | کمتر | بسیار بیشتر |
| هزینه تحلیل | کمتر | بیشتر |
تفاوت Array CGH و کاریوتایپ
Array CGH و کاریوتایپ در بسیاری از بیماران مکمل یکدیگر هستند و جایگزین کامل هم محسوب نمیشوند.
| ویژگی | Array CGH | کاریوتایپ |
|---|---|---|
| رزولوشن | بسیار بالا | پایینتر |
| بررسی CNV | دارد | محدود |
| ترانسلوکاسیون بالانس | ندارد | دارد |
| وارونگی | ندارد | در صورت قابل مشاهده بودن ممکن است شناسایی شود |
| موزائیسم کم | محدود | بسته به درصد قابل مشاهده است |
مزایا و محدودیتهای Microarray
- بررسی همزمان هزاران ژن
- رزولوشن بالا
- مناسب برای بررسی CNV
- سرعت نسبتاً بالا
- مناسب برای مطالعات بیان ژن
- عدم شناسایی جهشهای جدید
- عدم تشخیص ترانسلوکاسیونهای بالانس
- عدم تعیین دقیق توالی DNA
- وابستگی به طراحی پروب
- حساسیت محدود در موزائیسمهای با درصد پایین
عوامل مؤثر بر کیفیت نتایج
کاربرد Microarray در آزمایشگاههای مختلف
| نوع آزمایشگاه | کاربرد |
|---|---|
| ژنتیک پزشکی | Array CGH و SNP Array |
| سرطان | بیان ژن و CNV |
| تحقیقات | بیان ژن و اپیژنتیک |
| داروسازی | فارماکوژنومیکس |
| بیوتکنولوژی | بررسی مسیرهای ژنی |
وکتور چگونه میتواند در راهاندازی بخش Microarray کمک کند؟
راهاندازی آزمایشگاه Microarray علاوه بر اسکنر و تجهیزات اصلی، به مواد مصرفی تخصصی نیاز دارد:
در Array CGH، کیفیت DNA نقش تعیینکنندهای در نتیجه دارد. DNA تخریبشده یا آلوده میتواند باعث افزایش نویز و ایجاد یافتههای کاذب شود.
همه CNVها بیماریزا نیستند. بسیاری از تغییرات تعداد کپی Benign یا Likely Benign هستند و باید با استفاده از پایگاههای دادهای مانند ClinGen، DECIPHER، DGV و ClinVar، همراه با فنوتیپ بیمار و در صورت نیاز بررسی والدین تفسیر شوند.
در آزمایشگاههای ژنتیک، یافتههای Microarray معمولاً در کنار کاریوتایپ، FISH، MLPA یا NGS بررسی میشوند تا تشخیص دقیقتری حاصل شود.
برندهای مطرح تجهیزات و کیتهای Microarray
- Agilent Technologies
- Illumina
- Thermo Fisher Scientific
- Molecular Devices
- Agilent SurePrint
- Illumina Infinium
- Applied Biosystems GeneChip
- Oxford Gene Technology (OGT)
سؤالات متداول
منابع
- Schena M, Davis RW, Brown PO. DNA Microarrays: A Practical Approach
- Miller DT, et al. Consensus statement: Chromosomal microarray is a first-tier clinical diagnostic test for developmental disabilities and congenital anomalies. American Journal of Human Genetics
- Agilent Technologies. SurePrint G3 Microarray Platform Guide
- Illumina. Infinium Microarray Technology Overview
- Thermo Fisher Scientific. GeneChip Microarray Systems User Guide
- ACMG Technical Standards for Chromosomal Microarray Analysis