Dnešní média, časopisy i televize jsou plné informací o použití, objevech a manipulacích s DNA. V kriminálních seriálech je již samozřejmostí určení pachatele podle DNA. Ale jak se DNA analyzuje ? Samozřejmě se již i na tomto poli využívá elektronika a senzory v podobě tzv. DNA chipů. To jsou speciální senzory pro analýzu předloženého řetězce DNA, kde výsledkem je obrazec určující již přímo charakter a složení DNA.

V současné době se o DNA mluví čím dál tím častěji, jak v pozitivním, tak v negativním smyslu. Řetězec DNA totiž prakticky určuje chování a vlastnosti všech živých organismů a jeho analýzou je možné zjistit (diagnostikovat) schopnosti a dispozice organismu a tak určit i jeho náchylnost na choroby a okolní podmínky vůbec. U člověka je například možné přesně diagnostikovat určité choroby nebo i dopředu předurčit, která onemocnění mohou tělo těžce zasáhnout, protože je proti nim například snížená odolnost organismu. Včasnými kontrolami, případně včasným nasazením léků se lze těmto nemocem lépe bránit. V budoucnu pak i případnou modifikací DNA jedince bude možné vrozené nedostatky těla odstranit.

Testování DNA pomocí DNA chipů může tedy sloužit například k detekci mutace řetězců, což může způsobovat rakovinu nebo jiná onemocnění, genetickou výbavu jedince nebo zjišťovat DNA mikrobů, které napadají naše tělo. Pro tyto účely existuje široké množství tzv. DNA sond, které se volí podle toho, pro jaký účel má být tzv. DNA chipy použity a lze je využít v různých typech testování. Z výsledků, které chip následně poskytne, je možné okamžitě a přesně určit například typy onemocnění a jejich stádium a dle toho zvolit přesnou a vhodnou individuální léčbu každého jedince.

Princip a struktura DNA chipu

Hlavní složkou DNA chipů je pole tzv. DNA sond, což jsou chemicky syntetizované DNA fragmenty nepohyblivě upevněné na vrstvičce skla nebo jiného substrátu. Tento systém umožňuje současně detekovat velké množství DNA sekvencí na jednom substrátu z jednoho předloženého vzorku.

Pro analýzu jsou například ze zkušebních vzorků krve (blood sample) extrahovány fragmenty DNA a označeny fluorescenční barvou (fluorescent labeling). Ty jsou pak následně předloženy DNA chipu, kde označené fragmenty reagují se sondami na chipu. Stejné DNA sekvence analyzovaných fragmentů a sond se vzájemně spojí a zůstanou přichyceny na povrchu chipu (Hybridization). Když pak následně chip ozáříme koherentní laserovým světlem, fluorescenční barvivo DNA fragmentů zkušebního vzorku bude emitovat světlo. Určením světloemitujících pozic pak můžeme identifikovat jednotlivé DNA sekvence obsažené v analyzovaném vzorku (Fluorescent detection).

Jak DNA chipy vyrábí firma CANON ?

Mezi úspěšné firmy, které se zabývají vývojem a výrobou přesných DNA chipů, patří i firma Canon. Ta vyvinula a v současnosti využívá technologii bublinkového tisku (Bubble Jet printing technology). DNA sondy je totiž nutné před každým testem předsyntetizovat tiskem na skleněný substrát (destičku). K tomu se využívá speciálně vyvinutá tisková hlava, která vzorky nanese a zafixuje na destičce tak, aby tam zůstaly během celého následného analyzujícího chemického procesu. Nově vyvinutá Bubble Jet tisková hlava pro DNA chipy obsahuje rezervoár až pro 1 000 DNA sekvencí, což umožňuje současné nanesení až 1000 různých typů DNA sond na chip.

V dalším vývoji je pak plně automatický DNA testovací systém pro rychlou a přesnou analýzu předložených DNA vzorků. Zlepšením účinnosti konvenčních testovacích DNA chipů a docílením plné automatizace celého testovacího procesu by bylo možné dosáhnout širokého rozšíření této metody a ulehčit tak práci všem zabývajícím se lékařskou diagnostikou.

Závěr

Ve zdravotnictví a farmacii je stále nevyužité široké pole pro implementaci automatizace a robotizace, přičemž v budoucnu se dle mého názoru bude důležitost tohoto odvětví pro výrobce v oblasti elektrotechniky stále zvyšovat. Různé nové elektrochemické nebo optochemické senzory budou postupně více pomáhat a zjednodušovat práci lékařům a laboratořím v neustálém boji se stávajícími nebo nově vznikajícími chorobami. Typickým příkladem mohou být i zde uváděné DNA chipy firmy Canon.

DOWNLOAD & Odkazy

• Domovská stránka firmy Canon, výrobce DNA chipů - www.canon.com
• Článek o senzorech vůně na serveru automatizace.hw.cz - http://automatizace.hw.cz/mereni-a-regulace/ART241-elektronicky-nos--inteligentni-snimace-vune.html