Das Genom-Mikroarray, auch bekannt als Desoxyribonukleinsäure (DNA)-Mikroarray, ist eine Art genetischer Technologie, mit der Wissenschaftler das Ausmaß der Genexpression bestimmen können. In lebenden Organismen wird ein Gen exprimiert, wenn die DNA dieses Gens durch eine Reihe von Prozessen in ein Protein entschlüsselt wird, das einer bestimmten Funktion in einer Zelle dient. Durch die Messung der Genexpression in einer bestimmten Probe können Forscher herausfinden, welche Gene am aktivsten sind. Die Microarray-Technologie wird insbesondere in der Medizin eingesetzt, um die genetischen Aspekte von Krankheiten wie Krebs aufzuklären.
Wenn ein Gen in einem Organismus exprimiert wird, wird die DNA durch eine Reihe von Schritten in ein Protein entschlüsselt. Segmente des Gens werden auf eine Boten-Ribonukleinsäure (mRNA)-Vorlage transkribiert, ein einzelsträngiges Molekül, das zu einem Strang des ursprünglichen DNA-Moleküls komplementär ist. Diese mRNA transportiert die genetische Information aus dem Zellkern zum Ort der Proteinsynthese. Ein Genom-Microarray zeigt, welche Gene die meiste mRNA erzeugen – und welche Gene mit der höchsten Expressionsstufe arbeiten.
Das Genom-Mikroarray ist ein Glas- oder Siliziumchip mit einer Reihe von mikroskopisch kleinen DNA-Punkten, die an seiner Oberfläche angebracht sind. Die spezifischen DNA-Sequenzen, die als Sonden bezeichnet werden, werden basierend auf den Genen ausgewählt, die die Forscher untersuchen möchten. Ein Whole-Genom-Microarray enthält Sequenzen aus dem gesamten Genom, während ein fokussierter Microarray nur DNA von bestimmten Genen enthält.
In der Krankheitsforschung würde der Mikroarray wie folgt verwendet. Zuerst würde dem Subjekt eine Probe von gesundem Gewebe und erkranktem Gewebe entnommen. MRNA aus beiden Proben würde durch eine Reihe chemischer Techniken isoliert. Jede Probe würde mit einer anderen Markierungslösung kombiniert, die aus Untereinheiten besteht, die als Nukleotide bekannt sind, modifiziert, um Fluoreszenz einzuschließen, die dann an die mRNA-Moleküle binden würde, um fluoreszierende komplementäre DNA (cDNA) zu erzeugen. Beispielsweise könnte die erkrankte Probe mit roter Fluoreszenz und die gesunde Probe mit grüner Fluoreszenz markiert sein.
Wenn jede Probe auf einen Genom-Mikroarray gespült wird, hybridisiert oder bindet ein Teil der cDNA aus den Proben mit der DNA auf dem Chip. Dadurch erscheinen unterschiedliche Farben und Fluoreszenzgrade. Wäre beispielsweise ein Gen in einer Probe hochaktiv, würde es viele mRNA produzieren, die auf dem Microarray als stark fluoreszierende Farbe erscheinen würde. Durch die Zusammenführung der visuellen Probendaten mit einem Scanner können Forscher feststellen, ob ein bestimmtes Gen mehr im erkrankten Gewebe oder im gesunden Gewebe exprimiert wird.
Im obigen Beispiel würde ein grüner Punkt anzeigen, dass das Gen mehr in gesundem Gewebe exprimiert wurde, da die Dominanz der grünen Fluoreszenz anzeigt, dass die mRNAs der gesunden Probe zahlreicher waren als die ungesunden. Ein roter Punkt zeigt an, dass das Gen im erkrankten Gewebe mehr mRNAs produzierte und unter Krankheitsbedingungen aktiver war. Gelbe Punkte würden bedeuten, dass das Gen in gesundem und krankem Gewebe etwa gleich stark exprimiert wird. Forscher können anhand dieser Informationen feststellen, welche Gene in einer erkrankten Zelle aktiver sind und wie sich solche Veränderungen auf andere Gene in der Zelle auswirken. Genom-Microarrays können nicht nur zur Erforschung und Diagnose von Krankheiten wie Krebs und Herzerkrankungen verwendet werden, sondern möglicherweise auch, um zu lernen, wie diese durch eine gezielte Therapie behandelt werden können.