Aufbau und Funktionsweise von DNA-Chips

DNA-Chips, auch als DNA Microarrays bekannt, sind hochmoderne Werkzeuge in der Molekularbiologie. Sie bestehen aus einem kleinen Glasplättchen von etwa 1 cm² Größe, auf dem tausende winzige, regelmäßig angeordnete Felder, sogenannte Spots, aufgebracht sind.

Definition: Ein DNA-Chip ist ein Träger mit fixierten DNA-Sonden zur gleichzeitigen Analyse zahlreicher Gene.

Jeder Spot enthält Millionen Kopien einer spezifischen DNA-Sonde, die etwa 20 Nukleotide lang und einzelsträngig ist. Diese Sonden repräsentieren bekannte Sequenzen, beispielsweise von Tumorgenen.

Der Prozess der DNA-Chip-Analyse umfasst mehrere Schritte:

1. Isolation der mRNA aus dem zu untersuchenden Gewebe der Testperson.
2. Umschreibung der mRNA in cDNA (complementary DNA) mithilfe des Enzyms reverse Transkriptase.
3. Markierung der cDNA mit Fluoreszenzfarbstoffen, wobei verschiedene Farben für unterschiedliche Zelltypen einer Probe verwendet werden können.
4. Auftragen der markierten cDNA auf den DNA-Chip.
5. Hybridisierung: Komplementäre DNA-Sequenzen binden an die entsprechenden Sonden auf dem Chip.
6. Abwaschen überschüssiger cDNA.
7. Scannen des Chips mit einem Laser zur Erfassung des Fluoreszenzmuster.
8. Computergestützte Auswertung des Fluoreszenzmusters.

Highlight: Die DNA-Chip-Technologie ermöglicht die Erkennung spezifischer Genaktivitätsmuster, die Aufschluss darüber geben können, ob eine Zelle entartet ist oder nicht.

Diese Technologie findet breite Anwendung in der medizinischen Forschung und Diagnostik. Sie ermöglicht beispielsweise die Identifizierung von Genen, die in Tumorzellen überexprimiert sind, was zur Entwicklung gezielter Therapien beitragen kann.

Beispiel: In der Krebsforschung können DNA-Chips verwendet werden, um die Genexpression in Tumorzellen mit der in gesunden Zellen zu vergleichen und so potenzielle Ziele für neue Medikamente zu identifizieren.

Die Wichtigsten Anwendungsbereiche von DNA-Chips umfassen:

• Genexpressionsanalyse in der Grundlagenforschung
• Diagnostik von Erbkrankheiten
• Entwicklung personalisierter Medizin
• Toxikologische Studien
• Umweltüberwachung

Vocabulary: Hybridisierung - Der Prozess, bei dem sich komplementäre DNA-Stränge aneinander binden.

Die DNA-Chip-Technologie bietet enorme Chancen und Risiken. Einerseits ermöglicht sie präzisere Diagnosen und maßgeschneiderte Therapien, andererseits wirft sie ethische Fragen bezüglich des Umgangs mit genetischen Informationen auf.