135 Bio- und Gentechnik DNA-Chips zeigen, welche Gene gerade aktiv sind Beim eben dargestellten Fall ging es ua. darum, ein bestimmtes Gen zu identifizieren, indem man seine Expression untersucht. Seit der Erforschung des „Brustkrebsgens“ BRCA1 hat die Technik hierin große Fortschritte gemacht. Mittlerweile lässt sich das Auffinden von aktiven Genen durch den Einsatz von DNA-Chips (Genchips = Microarrays) automatisieren. Ein DNAChip besteht aus einem Glasplättchen mit einigen Dutzend bis mehreren Millionen kleiner Felder (kAbb. 10, 11). Der Hersteller hat in jedem Feld viele Tausend Kopien von einzelsträngigen DNA-Sequenzen verschiedener Gene fixiert – eine Sequenz aus einem Gen pro Feld. Die Länge der Sequenzen beträgt je nach Chip ca. 20 bis einige Tausend Basen. Je länger die Sequenz ist, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass sie nur in einem ganz bestimmten Gen zu finden ist. Im Labor gibt man darauf die mit Fluoreszenzmolekülen markierte cDNA des Testgewebes. Werden unterschiedliche Proben (zB gesundes und krankes Gewebe) verglichen, fügt man bei der reversen Transkription1 für jede Probe ein anderes fluoreszierendes Molekül hinzu. Die cDNA bindet an die passende DNA-Sequenz in dem betreffenden Feld. Nicht hybridisierte Reste werden anschließend abgespült. Das Muster der Lichtsignale auf dem Chip lässt sich durch Computer auswerten und zeigt die aktiven Gene der Testzellen (kAbb. 11). 1 reverse Transkription: Im Labor macht man sich das Enzym reverse Transkriptase, das die RNA zu DNA umschreibt zunutze. Hierbei wird das Enyzm dazu verwendet, um aus mRNA cDNA (DNA ohne Introns) herzustellen (siehe S. 134). Fluoreszenzmarkierte cDNA bindet an Genschnipsel: DNAChips zeigen die Aktivität einzelner Gene an Abb.10: DNA-Chip. Die unterschiedlichen Farben geben an, ob und wie sich bestimmte Gene in ihrer Aktivität bei zwei Proben unterscheiden. Aus der mRNA des Testgewebes wird mittels reverser Transkriptase cDNA hergestellt und mit unterschiedlichen Fluoreszenzmarkern gekoppelt. Chips mit so wenigen Feldern wie hier, aber auch mit mehreren Millionen Feldern sind in Gebrauch. In jedem kleinen Feld ist die einzelsträngige DNA-Sequenz eines anderen Gens fixiert, die mit passender cDNA hybridisiert. Ein Computer wertet die Lichtsignale aus. Rot bedeutet hier, dass das entsprechende Gen in Gewebe A aktiv ist, blau in Gewebe B, gelb in beiden. Gewebe A mRNA mRNA cDNA cDNA DNA-Chip Chip-DNA Gewebe B Hybridisieren und Abspülen reverse Transkription und Fluoreszenzmarkierung hybridisierende cDNA Abb.11: DNA-CHip. Jeder Farbpunkt auf einem DNA-Chip mit bekannten DNA-Sequenzen zeigt die Hybridisierung mit cDNA. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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